We have known for a long time that the material properties of the subsurface are highly variable ... more We have known for a long time that the material properties of the subsurface are highly variable in space. We have learned that this variability is due to the extreme complexity and variation with time of processes responsible for the formation of the earth's crust, from plate tectonics to erosion, sediment transport, and deposition, as well as to mechanical, climatic, and diagenetic effects. As geologists, we learned how to "read" this complex history in the rocks and how to try to extrapolate in space what we have understood. As physicists, we then learned that to study flow processes in such media we must apply the laws of continuum mechanics. As mathematicians using analytical methods, we learned that we must simplify by dividing this complex continuum into a small number of units, such as aquifers and aquitards, and describe their properties by (constant) equivalent values. In recent years, as numerical modelers, we learned that we now have the freedom to "discretize" this complex reality and describe it as an ensemble of small homogeneous boxes of continuous media, each of which can have different properties. How do we use this freedom? Is there a need for it? If the answer is "yes," how can we assign different rock-property values to thousands or even millions of such little boxes in our models, to best represent reality, and include confidence levels for each selected rock property? As a tribute to Professor Eugene S. Simpson, with whom the first author of this paper often discussed these questions, we present an overview of three techniques that focus on one property, the rock permeability. We explain the motivation for describing spatial variability and illustrate how to do so by the geostatistical method, the Boolean method, and the genetic method. We discuss their advantages and disadvantages and indicate their present state of development. This is an active field of research and space is limited, so the review is certain to be incomplete, but we hope that it will encourage the development of new ideas and approaches. Résumé On sait depuis longtemps que les propriétés des roches en profondeur sont éminemment variables dans l'espace. On sait que cette variabilité est due à la complexité extrême et à la variation au cours du temps des processus responsables de la formation de la croûte terrestre, de la tectonique des plaques à l'érosion, au transport sédimentaire et au dépôt, sans oublier les effets mécaniques, climatiques et de diagenèse. En tant que géologues, nous avons appris a "lire" cette histoire complexe au sein des roches, et à tenter d'extrapoler dans l'espace notre compréhension. En tant que physiciens, nous avons ensuite appris que pour étudier les écoulements dans de tels milieux, nous devions appliquer les concepts de la mécanique des milieux continus. En tant que mathématiciens utilisant des méthodes analytiques pour résoudre les problèmes d'écoulement, nous avons de plus appris que nous devions simplifier cette réalité complexe en un très petit nombre d'unités, tels que les aquifères et les aquitards, dont chacune est décrite par des propriétés équivalentes constantes. Enfin, dans les années récentes, en tant que numériciens, nous avons appris que nous avions désormais la liberté de "discrétiser" cette réalité complexe, et de la décrire comme un ensemble de petites "boîtes" homogènes de milieu continu, chacune d'entre elles pouvant avoir des propriétés différentes. Comment utilisons nous cette liberté nouvellement acquise? En avons-nous réellement besoin? Si la réponse est "oui", comment pouvons nous attribuer des propriétés différentes aux roches des milliers ou même millions de petites "boîtes" dans nos modèles, pour représenter au mieux la réalité, et comment déterminer les intervalles de confiance des propriétés choisies pour chaque roche? En hommage au Professeur Eugène S. Simpson, avec lequel le premier auteur de cet article a eu souvent l'occasion de discuter de ces questions, nous présentons ici un survol général de quelques techniques de génération de telles propriétés se focalisant sur une seule d'entre elles, la perméabilité des roches. Nous expliquons d'abord quels sont les raisons qui engagent à tenter de décrire la variabilité spatiale, puis nous illustrons trois méthodes pour le faire, la méthode géostatistique, la méthode Booléenne et la méthode génétique. Nous présentons leurs avantages et inconvénients respectifs, et donnons l'état actuel de leur développement. Ces méthodes constituant un domaine de recherche actif, et la place étant ici limitée, ce survol est nécessairement incomplet, mais nous espérons qu'il encouragera l'essor de nouvelles idées et de nouvelles approches. Resumen Sabemos desde hace tiempo que las propiedades del subsuelo son altamente variables espacialmente. Hemos aprendido que esta variabilidad es debida a la extrema complejidad y variabilidad temporal de los procesos responsables de la formación de la corteza terrestre, desde la tectónica de placas a la erosión, transporte de sedimentos y deposición, así como a efectos mecánicos, climáticos y diagenéticos. Como geólogos, hemos aprendido a "leer" esta compleja historia en las rocas y a cómo tratar de extrapolar en el espacio lo que ya sabemos. Como físicos, aprendimos después que para estudiar los procesos en este tipo de medios debemos aplicar las leyes de la mecánica de los medios continuos. Como matemáticos que usan métodos analíticos, hemos aprendido que debemos simplificar el medio dividiéndolo en un número menor de unidades, como serían los acuíferos y acuitardos, y describiendo sus propiedades mediante valores equivalentes (constantes). En los últimos años, como modelistas, también hemos aprendido que tenemos la libertad de "discretizar" esta realidad compleja y describirla como un conjunto de pequeñas cajas homogéneas de medio continuo, cada una con propiedades diferentes. ¿Cómo usamos esta libertad?¿Tenemos necesidad de ella? Si la respuesta es "sí", ¿cómo podemos asignar valores de las distintas propiedades de las rocas a miles e incluso millones de estas pequeñas cajas en nuestros modelos, con la pretensión de representar la realidad, y a la vez dar intervalos de confianza para cada propiedad seleccionada? Como un tributo al Profesor Eugene S. Simpson, con quien el autor de este artículo a menudo discutió sobre estas cuestiones, se presenta una recopilación de tres técnicas que se centran en una propiedad, la permeabilidad de la roca. Se explica la motivación para describir la variabilidad espacial y se ilustra cómo hacerlo mediante el método geoestadístico Booleano y mediante el método genético. Para cada método se discuten sus ventajas e inconvenientes y se indica su estado actual de desarrollo. Se trata éste de un campo activo de investigación y el espacio es limitado, por lo que la revisión es incompleta, pero esperamos que pueda servir para animar el desarrollo de nuevas ideas.
We have known for a long time that the material properties of the subsurface are highly variable... more We have known for a long time that the material properties of the subsurface are highly variable in space. We have learned that this variability is due to the extreme complexity and variation with time of processes responsible for the formation of the earth's crust, from plate tectonics to erosion, sediment transport, and deposition, as well as to mechanical, climatic, and diagenetic effects. As geologists, we learned how to "read" this complex history in the rocks and how to try to extrapolate in space what we have understood. As physicists, we then learned that to study flow processes in such media we must apply the laws of continuum mechanics. As mathematicians using analytical methods, we learned that we must simplify by dividing this complex continuum into a small number of units, such as aquifers and aquitards, and describe their properties by (constant) equivalent values. In recent years, as numerical modelers, we learned that we now have the freedom to "discretize" this complex reality and describe it as an ensemble of small homogeneous boxes of continuous media, each of which can have different properties. How do we use this freedom? Is there a need for it? If the answer is "yes," how can we assign different rock-property values to thousands or even millions of such little boxes in our models, to best represent reality, and include confidence levels for each selected rock property? As a tribute to Professor Eugene S. Simpson, with whom the first author of this paper often discussed these questions, we present an overview of three techniques that focus on one property, the rock permeability. We explain the motivation for describing spatial variability and illustrate how to do so by the geostatistical method, the Boolean method, and the genetic method. We discuss their advantages and disadvantages and indicate their present state of development. This is an active field of research and space is limited, so the review is certain to be incomplete, but we hope that it will encourage the development of new ideas and approaches. On sait depuis longtemps que les propriétés des roches en profondeur sont éminemment variables dans l'espace. On sait que cette variabilité est due à la complexité extrême et à la variation au cours du temps des processus responsables de la formation de la croûte terrestre, de la tectonique des plaques à l'érosion, au transport sédimentaire et au dépôt, sans oublier les effets mécaniques, climatiques et de diagenèse. En tant que géologues, nous avons appris a "lire" cette histoire complexe au sein des roches, et à tenter d'extrapoler dans l'espace notre compréhension. En tant que physiciens, nous avons ensuite appris que pour étudier les écoulements dans de tels milieux, nous devions appliquer les concepts de la mécanique des milieux continus. En tant que mathématiciens utilisant des méthodes analytiques pour résoudre les problèmes d'écoulement, nous avons de plus appris que nous devions simplifier cette réalité complexe en un très petit nombre d'unités, tels que les aquifères et les aquitards, dont chacune est décrite par des propriétés équivalentes constantes. Enfin, dans les années récentes, en tant que numériciens, nous avons appris que nous avions désormais la liberté de "discrétiser" cette réalité complexe, et de la décrire comme un ensemble de petites "boîtes" homogènes de milieu continu, chacune d'entre elles pouvant avoir des propriétés différentes. Comment utilisons nous cette liberté nouvellement acquise? En avons-nous réellement besoin? Si la réponse est "oui", comment pouvons nous attribuer des propriétés différentes aux roches des milliers ou même millions de petites "boîtes" dans nos modèles, pour représenter au mieux la réalité, et comment déterminer les intervalles de confiance des propriétés choisies pour chaque roche? En hommage au Professeur Eugène S. Simpson, avec lequel le premier auteur de cet article a eu souvent l'occasion de discuter de ces questions, nous présentons ici un survol général de quelques techniques de génération de telles propriétés se focalisant sur une seule d'entre elles, la perméabilité des roches. Nous expliquons d'abord quels sont les raisons qui engagent à tenter de décrire la variabilité spatiale, puis nous illustrons trois méthodes pour le faire, la méthode géostatistique, la méthode Booléenne et la méthode génétique. Nous présentons leurs avantages et inconvénients respectifs, et donnons l'état actuel de leur développement. Ces méthodes constituant un domaine de recherche actif, et la place étant ici limitée, ce survol est nécessairement incomplet, mais nous espérons qu'il encouragera l'essor de nouvelles idées et de nouvelles approches. Sabemos desde hace tiempo que las propiedades del subsuelo son altamente variables espacialmente. Hemos aprendido que esta variabilidad es debida a la extrema complejidad y variabilidad temporal de los procesos responsables de la formación de la corteza terrestre, desde la tectónica de placas a la erosión, transporte de sedimentos y deposición, así como a efectos mecánicos, climáticos y diagenéticos. Como geólogos, hemos aprendido a "leer" esta compleja historia en las rocas y a cómo tratar de extrapolar en el espacio lo que ya sabemos. Como físicos, aprendimos después que para estudiar los procesos en este tipo de medios debemos aplicar las leyes de la mecánica de los medios continuos. Como matemáticos que usan métodos analíticos, hemos aprendido que debemos simplificar el medio dividiéndolo en un número menor de unidades, como serían los acuíferos y acuitardos, y describiendo sus propiedades mediante valores equivalentes (constantes). En los últimos años, como modelistas, también hemos aprendido que tenemos la libertad de "discretizar" esta realidad compleja y describirla como un conjunto de pequeñas cajas homogéneas de medio continuo, cada una con propiedades diferentes. ¿Cómo usamos esta libertad?¿Tenemos necesidad de ella? Si la respuesta es "sí", ¿cómo podemos asignar valores de las distintas propiedades de las rocas a miles e incluso millones de estas pequeñas cajas en nuestros modelos, con la pretensión de representar la realidad, y a la vez dar intervalos de confianza para cada propiedad seleccionada? Como un tributo al Profesor Eugene S. Simpson, con quien el autor de este artículo a menudo discutió sobre estas cuestiones, se presenta una recopilación de tres técnicas que se centran en una propiedad, la permeabilidad de la roca. Se explica la motivación para describir la variabilidad espacial y se ilustra cómo hacerlo mediante el método geoestadístico Booleano y mediante el método genético. Para cada método se discuten sus ventajas e inconvenientes y se indica su estado actual de desarrollo. Se trata éste de un campo activo de investigación y el espacio es limitado, por lo que la revisión es incompleta, pero esperamos que pueda servir para animar el desarrollo de nuevas ideas.
A numerical model presented here develops a three-dimensional image of alluvial media on an eleme... more A numerical model presented here develops a three-dimensional image of alluvial media on an elementary scale significant for groundwater flow modelling. The model was tested on the alluvial plain of the Rhône River (France), on a scale of several kilometres and, from geomorphological observations and dating, reproduced the construction of this alluvial plain from ≈15 000 years BP to the present. The history of the alluvial plain during the Late Glacial and Holocene periods is summarized. Through most of this time, the River Rhône has maintained a braided pattern, with the exception of two incising phases with a meander pattern. The model does not use any physically based equations or water representation. The main processes governing the construction of the plain are modelled by simple rules chosen according to geometrical or empirical laws taken from the literature or as modelling assumptions. Using multi-agent concepts of distribution and interaction of elementary entities, these sedimentary rules are applied to ‘sediment’ entities or to conceptual ‘erosion’ entities that simulate local deposition and erosion of sediments. The sedimentation model reproduces the various climatic periods during which the sediments were deposited by simulating genetic periods and associated modelled processes. For each period, the model was constrained by quantitative field data such as altitude of ancient channels and deposits or thickness of sediments. The general geometry of the alluvial deposits was satisfactorily reproduced. During the simulation, characteristic large-scale features emerge despite the use of local rules. The model results are discussed with reference to other approaches, such as geostatistical or Boolean models, and the applicability of the model to other less documented alluvial plains is outlined.
Heterogeneity can be dealt with by defining homogeneous equivalent properties, known as averaging... more Heterogeneity can be dealt with by defining homogeneous equivalent properties, known as averaging, or by trying to describe the spatial variability of the rock properties from geologic observations and local measurements. The techniques available for these descriptions are mostly continuous Geostatistical models, or discontinuous facies models such as the Boolean, Indicator or Gaussian-Threshold models and the Markov chain model. These facies models are better suited to treating issues of rock strata connectivity, e.g. buried high permeability channels or low permeability barriers, which greatly affect flow and, above all, transport in aquifers. Genetic models provide new ways to incorporate more geology into the facies description, an approach that has been well developed in the oil industry, but not enough in hydrogeology. The conclusion is that future work should be focused on improving the facies models, comparing them, and designing new in situ testing procedures (including geophysics) that would help identify the facies geometry and properties. A world-wide catalog of aquifer facies geometry and properties, which could combine site genesis and description with methods used to assess the system, would be of great value for practical applications. On peut aborder le problème de l’hétérogénéité en s’efforçant de définir une perméabilité équivalente homogène, par prise de moyenne, ou au contraire en décrivant la variation dans l’espace des propriétés des roches à partir des observations géologiques et des mesures locales. Les techniques disponibles pour une telle description sont soit continues, comme l’approche Géostatistique, soit discontinues, comme les modèles de faciès, Booléens, ou bien par Indicatrices ou Gaussiennes Seuillées, ou enfin Markoviens. Ces modèles de faciès sont mieux capables de prendre en compte la connectivité des strates géologiques, telles que les chenaux enfouis à forte perméabilité, ou au contraire les faciès fins de barrières de perméabilité, qui ont une influence importante sur les écoulement, et, plus encore, sur le transport. Les modèles génétiques récemment apparus ont la capacité de mieux incorporer dans les modèles de faciès les observations géologiques, chose courante dans l’industrie pétrolière, mais insuffisamment développée en hydrogéologie. On conclut que les travaux de recherche ultérieurs devraient s’attacher à développer les modèles de faciès, à les comparer entre eux, et à mettre au point de nouvelles méthodes d’essais in situ, comprenant les méthodes géophysiques, capables de reconnaître la géométrie et les propriétés des faciès. La constitution d’un catalogue mondial de la géométrie et des propriétés des faciès aquifères, ainsi que des méthodes de reconnaissance utilisées pour arriver à la détermination de ces systèmes, serait d’une grande importance pratique pour les applications. La heterogeneidad se puede manejar por medio de la definición de características homogéneas equivalentes, conocidas como promediar o tratando de describir la variabilidad espacial de las características de las rocas a partir de observaciones geológicas y medidas locales. Las técnicas disponibles para estas descripciones son generalmente modelos geoestadísticos continuos o modelos de facies discontinuos como los modelos Boolean, de Indicador o de umbral de Gaussian y el modelo de cadena de Markow. Estos modelos de facies son mas adecuados para tratar la conectvidad de estratos geológicos (por ejemplo canales de alta permeabilidad enterrados o barreras de baja permeabilidad que tienen efectos importantes sobre el flujo y especialmente sobre el transporte en los acuíferos. Los modelos genéticos ofrecen nuevas formas de incorporar más geología en las descripciones de facies, un enfoque que está bien desarollado en la industria petrolera, pero insuficientemente en la hidrogeología. Se concluye que los trabajos futuros deberían estar más enfocados en mejorar los modelos de facies, en establecer comparaciones y en diseñar nuevos procedimientos para pruebas in-situ (incuyendo la geofísica) que pueden ayudar a identificar la geometría de las facies y sus propiedades. Un catálogo global de la geometría de las facies de los acuíferos y sus características, que podría combinar la génesis de los sitios y descripciones de los métodos utilizados para evaluar el sistema, sería de gran valor para las aplicaciones prácticas.
... The main simulated deposits are: - point bars, made of coarse sands on the convex banks of me... more ... The main simulated deposits are: - point bars, made of coarse sands on the convex banks of meanders, - channel lags, - overbanks deposits created during the flooding, - mud plugs and sand plugs at the meanders cuts, - wet land deposits such as peat located in the ...
Abstract Hydrothermal dolomite (HTD) reservoirs are well-known from exploration and development o... more Abstract Hydrothermal dolomite (HTD) reservoirs are well-known from exploration and development of hydrocarbon plays in the Middle East. Petroleum geoscientists query for means to model the related reservoir properties. This contribution describes the field ...
We have known for a long time that the material properties of the subsurface are highly variable ... more We have known for a long time that the material properties of the subsurface are highly variable in space. We have learned that this variability is due to the extreme complexity and variation with time of processes responsible for the formation of the earth's crust, from plate tectonics to erosion, sediment transport, and deposition, as well as to mechanical, climatic, and diagenetic effects. As geologists, we learned how to "read" this complex history in the rocks and how to try to extrapolate in space what we have understood. As physicists, we then learned that to study flow processes in such media we must apply the laws of continuum mechanics. As mathematicians using analytical methods, we learned that we must simplify by dividing this complex continuum into a small number of units, such as aquifers and aquitards, and describe their properties by (constant) equivalent values. In recent years, as numerical modelers, we learned that we now have the freedom to "discretize" this complex reality and describe it as an ensemble of small homogeneous boxes of continuous media, each of which can have different properties. How do we use this freedom? Is there a need for it? If the answer is "yes," how can we assign different rock-property values to thousands or even millions of such little boxes in our models, to best represent reality, and include confidence levels for each selected rock property? As a tribute to Professor Eugene S. Simpson, with whom the first author of this paper often discussed these questions, we present an overview of three techniques that focus on one property, the rock permeability. We explain the motivation for describing spatial variability and illustrate how to do so by the geostatistical method, the Boolean method, and the genetic method. We discuss their advantages and disadvantages and indicate their present state of development. This is an active field of research and space is limited, so the review is certain to be incomplete, but we hope that it will encourage the development of new ideas and approaches. Résumé On sait depuis longtemps que les propriétés des roches en profondeur sont éminemment variables dans l'espace. On sait que cette variabilité est due à la complexité extrême et à la variation au cours du temps des processus responsables de la formation de la croûte terrestre, de la tectonique des plaques à l'érosion, au transport sédimentaire et au dépôt, sans oublier les effets mécaniques, climatiques et de diagenèse. En tant que géologues, nous avons appris a "lire" cette histoire complexe au sein des roches, et à tenter d'extrapoler dans l'espace notre compréhension. En tant que physiciens, nous avons ensuite appris que pour étudier les écoulements dans de tels milieux, nous devions appliquer les concepts de la mécanique des milieux continus. En tant que mathématiciens utilisant des méthodes analytiques pour résoudre les problèmes d'écoulement, nous avons de plus appris que nous devions simplifier cette réalité complexe en un très petit nombre d'unités, tels que les aquifères et les aquitards, dont chacune est décrite par des propriétés équivalentes constantes. Enfin, dans les années récentes, en tant que numériciens, nous avons appris que nous avions désormais la liberté de "discrétiser" cette réalité complexe, et de la décrire comme un ensemble de petites "boîtes" homogènes de milieu continu, chacune d'entre elles pouvant avoir des propriétés différentes. Comment utilisons nous cette liberté nouvellement acquise? En avons-nous réellement besoin? Si la réponse est "oui", comment pouvons nous attribuer des propriétés différentes aux roches des milliers ou même millions de petites "boîtes" dans nos modèles, pour représenter au mieux la réalité, et comment déterminer les intervalles de confiance des propriétés choisies pour chaque roche? En hommage au Professeur Eugène S. Simpson, avec lequel le premier auteur de cet article a eu souvent l'occasion de discuter de ces questions, nous présentons ici un survol général de quelques techniques de génération de telles propriétés se focalisant sur une seule d'entre elles, la perméabilité des roches. Nous expliquons d'abord quels sont les raisons qui engagent à tenter de décrire la variabilité spatiale, puis nous illustrons trois méthodes pour le faire, la méthode géostatistique, la méthode Booléenne et la méthode génétique. Nous présentons leurs avantages et inconvénients respectifs, et donnons l'état actuel de leur développement. Ces méthodes constituant un domaine de recherche actif, et la place étant ici limitée, ce survol est nécessairement incomplet, mais nous espérons qu'il encouragera l'essor de nouvelles idées et de nouvelles approches. Resumen Sabemos desde hace tiempo que las propiedades del subsuelo son altamente variables espacialmente. Hemos aprendido que esta variabilidad es debida a la extrema complejidad y variabilidad temporal de los procesos responsables de la formación de la corteza terrestre, desde la tectónica de placas a la erosión, transporte de sedimentos y deposición, así como a efectos mecánicos, climáticos y diagenéticos. Como geólogos, hemos aprendido a "leer" esta compleja historia en las rocas y a cómo tratar de extrapolar en el espacio lo que ya sabemos. Como físicos, aprendimos después que para estudiar los procesos en este tipo de medios debemos aplicar las leyes de la mecánica de los medios continuos. Como matemáticos que usan métodos analíticos, hemos aprendido que debemos simplificar el medio dividiéndolo en un número menor de unidades, como serían los acuíferos y acuitardos, y describiendo sus propiedades mediante valores equivalentes (constantes). En los últimos años, como modelistas, también hemos aprendido que tenemos la libertad de "discretizar" esta realidad compleja y describirla como un conjunto de pequeñas cajas homogéneas de medio continuo, cada una con propiedades diferentes. ¿Cómo usamos esta libertad?¿Tenemos necesidad de ella? Si la respuesta es "sí", ¿cómo podemos asignar valores de las distintas propiedades de las rocas a miles e incluso millones de estas pequeñas cajas en nuestros modelos, con la pretensión de representar la realidad, y a la vez dar intervalos de confianza para cada propiedad seleccionada? Como un tributo al Profesor Eugene S. Simpson, con quien el autor de este artículo a menudo discutió sobre estas cuestiones, se presenta una recopilación de tres técnicas que se centran en una propiedad, la permeabilidad de la roca. Se explica la motivación para describir la variabilidad espacial y se ilustra cómo hacerlo mediante el método geoestadístico Booleano y mediante el método genético. Para cada método se discuten sus ventajas e inconvenientes y se indica su estado actual de desarrollo. Se trata éste de un campo activo de investigación y el espacio es limitado, por lo que la revisión es incompleta, pero esperamos que pueda servir para animar el desarrollo de nuevas ideas.
We have known for a long time that the material properties of the subsurface are highly variable... more We have known for a long time that the material properties of the subsurface are highly variable in space. We have learned that this variability is due to the extreme complexity and variation with time of processes responsible for the formation of the earth's crust, from plate tectonics to erosion, sediment transport, and deposition, as well as to mechanical, climatic, and diagenetic effects. As geologists, we learned how to "read" this complex history in the rocks and how to try to extrapolate in space what we have understood. As physicists, we then learned that to study flow processes in such media we must apply the laws of continuum mechanics. As mathematicians using analytical methods, we learned that we must simplify by dividing this complex continuum into a small number of units, such as aquifers and aquitards, and describe their properties by (constant) equivalent values. In recent years, as numerical modelers, we learned that we now have the freedom to "discretize" this complex reality and describe it as an ensemble of small homogeneous boxes of continuous media, each of which can have different properties. How do we use this freedom? Is there a need for it? If the answer is "yes," how can we assign different rock-property values to thousands or even millions of such little boxes in our models, to best represent reality, and include confidence levels for each selected rock property? As a tribute to Professor Eugene S. Simpson, with whom the first author of this paper often discussed these questions, we present an overview of three techniques that focus on one property, the rock permeability. We explain the motivation for describing spatial variability and illustrate how to do so by the geostatistical method, the Boolean method, and the genetic method. We discuss their advantages and disadvantages and indicate their present state of development. This is an active field of research and space is limited, so the review is certain to be incomplete, but we hope that it will encourage the development of new ideas and approaches. On sait depuis longtemps que les propriétés des roches en profondeur sont éminemment variables dans l'espace. On sait que cette variabilité est due à la complexité extrême et à la variation au cours du temps des processus responsables de la formation de la croûte terrestre, de la tectonique des plaques à l'érosion, au transport sédimentaire et au dépôt, sans oublier les effets mécaniques, climatiques et de diagenèse. En tant que géologues, nous avons appris a "lire" cette histoire complexe au sein des roches, et à tenter d'extrapoler dans l'espace notre compréhension. En tant que physiciens, nous avons ensuite appris que pour étudier les écoulements dans de tels milieux, nous devions appliquer les concepts de la mécanique des milieux continus. En tant que mathématiciens utilisant des méthodes analytiques pour résoudre les problèmes d'écoulement, nous avons de plus appris que nous devions simplifier cette réalité complexe en un très petit nombre d'unités, tels que les aquifères et les aquitards, dont chacune est décrite par des propriétés équivalentes constantes. Enfin, dans les années récentes, en tant que numériciens, nous avons appris que nous avions désormais la liberté de "discrétiser" cette réalité complexe, et de la décrire comme un ensemble de petites "boîtes" homogènes de milieu continu, chacune d'entre elles pouvant avoir des propriétés différentes. Comment utilisons nous cette liberté nouvellement acquise? En avons-nous réellement besoin? Si la réponse est "oui", comment pouvons nous attribuer des propriétés différentes aux roches des milliers ou même millions de petites "boîtes" dans nos modèles, pour représenter au mieux la réalité, et comment déterminer les intervalles de confiance des propriétés choisies pour chaque roche? En hommage au Professeur Eugène S. Simpson, avec lequel le premier auteur de cet article a eu souvent l'occasion de discuter de ces questions, nous présentons ici un survol général de quelques techniques de génération de telles propriétés se focalisant sur une seule d'entre elles, la perméabilité des roches. Nous expliquons d'abord quels sont les raisons qui engagent à tenter de décrire la variabilité spatiale, puis nous illustrons trois méthodes pour le faire, la méthode géostatistique, la méthode Booléenne et la méthode génétique. Nous présentons leurs avantages et inconvénients respectifs, et donnons l'état actuel de leur développement. Ces méthodes constituant un domaine de recherche actif, et la place étant ici limitée, ce survol est nécessairement incomplet, mais nous espérons qu'il encouragera l'essor de nouvelles idées et de nouvelles approches. Sabemos desde hace tiempo que las propiedades del subsuelo son altamente variables espacialmente. Hemos aprendido que esta variabilidad es debida a la extrema complejidad y variabilidad temporal de los procesos responsables de la formación de la corteza terrestre, desde la tectónica de placas a la erosión, transporte de sedimentos y deposición, así como a efectos mecánicos, climáticos y diagenéticos. Como geólogos, hemos aprendido a "leer" esta compleja historia en las rocas y a cómo tratar de extrapolar en el espacio lo que ya sabemos. Como físicos, aprendimos después que para estudiar los procesos en este tipo de medios debemos aplicar las leyes de la mecánica de los medios continuos. Como matemáticos que usan métodos analíticos, hemos aprendido que debemos simplificar el medio dividiéndolo en un número menor de unidades, como serían los acuíferos y acuitardos, y describiendo sus propiedades mediante valores equivalentes (constantes). En los últimos años, como modelistas, también hemos aprendido que tenemos la libertad de "discretizar" esta realidad compleja y describirla como un conjunto de pequeñas cajas homogéneas de medio continuo, cada una con propiedades diferentes. ¿Cómo usamos esta libertad?¿Tenemos necesidad de ella? Si la respuesta es "sí", ¿cómo podemos asignar valores de las distintas propiedades de las rocas a miles e incluso millones de estas pequeñas cajas en nuestros modelos, con la pretensión de representar la realidad, y a la vez dar intervalos de confianza para cada propiedad seleccionada? Como un tributo al Profesor Eugene S. Simpson, con quien el autor de este artículo a menudo discutió sobre estas cuestiones, se presenta una recopilación de tres técnicas que se centran en una propiedad, la permeabilidad de la roca. Se explica la motivación para describir la variabilidad espacial y se ilustra cómo hacerlo mediante el método geoestadístico Booleano y mediante el método genético. Para cada método se discuten sus ventajas e inconvenientes y se indica su estado actual de desarrollo. Se trata éste de un campo activo de investigación y el espacio es limitado, por lo que la revisión es incompleta, pero esperamos que pueda servir para animar el desarrollo de nuevas ideas.
A numerical model presented here develops a three-dimensional image of alluvial media on an eleme... more A numerical model presented here develops a three-dimensional image of alluvial media on an elementary scale significant for groundwater flow modelling. The model was tested on the alluvial plain of the Rhône River (France), on a scale of several kilometres and, from geomorphological observations and dating, reproduced the construction of this alluvial plain from ≈15 000 years BP to the present. The history of the alluvial plain during the Late Glacial and Holocene periods is summarized. Through most of this time, the River Rhône has maintained a braided pattern, with the exception of two incising phases with a meander pattern. The model does not use any physically based equations or water representation. The main processes governing the construction of the plain are modelled by simple rules chosen according to geometrical or empirical laws taken from the literature or as modelling assumptions. Using multi-agent concepts of distribution and interaction of elementary entities, these sedimentary rules are applied to ‘sediment’ entities or to conceptual ‘erosion’ entities that simulate local deposition and erosion of sediments. The sedimentation model reproduces the various climatic periods during which the sediments were deposited by simulating genetic periods and associated modelled processes. For each period, the model was constrained by quantitative field data such as altitude of ancient channels and deposits or thickness of sediments. The general geometry of the alluvial deposits was satisfactorily reproduced. During the simulation, characteristic large-scale features emerge despite the use of local rules. The model results are discussed with reference to other approaches, such as geostatistical or Boolean models, and the applicability of the model to other less documented alluvial plains is outlined.
Heterogeneity can be dealt with by defining homogeneous equivalent properties, known as averaging... more Heterogeneity can be dealt with by defining homogeneous equivalent properties, known as averaging, or by trying to describe the spatial variability of the rock properties from geologic observations and local measurements. The techniques available for these descriptions are mostly continuous Geostatistical models, or discontinuous facies models such as the Boolean, Indicator or Gaussian-Threshold models and the Markov chain model. These facies models are better suited to treating issues of rock strata connectivity, e.g. buried high permeability channels or low permeability barriers, which greatly affect flow and, above all, transport in aquifers. Genetic models provide new ways to incorporate more geology into the facies description, an approach that has been well developed in the oil industry, but not enough in hydrogeology. The conclusion is that future work should be focused on improving the facies models, comparing them, and designing new in situ testing procedures (including geophysics) that would help identify the facies geometry and properties. A world-wide catalog of aquifer facies geometry and properties, which could combine site genesis and description with methods used to assess the system, would be of great value for practical applications. On peut aborder le problème de l’hétérogénéité en s’efforçant de définir une perméabilité équivalente homogène, par prise de moyenne, ou au contraire en décrivant la variation dans l’espace des propriétés des roches à partir des observations géologiques et des mesures locales. Les techniques disponibles pour une telle description sont soit continues, comme l’approche Géostatistique, soit discontinues, comme les modèles de faciès, Booléens, ou bien par Indicatrices ou Gaussiennes Seuillées, ou enfin Markoviens. Ces modèles de faciès sont mieux capables de prendre en compte la connectivité des strates géologiques, telles que les chenaux enfouis à forte perméabilité, ou au contraire les faciès fins de barrières de perméabilité, qui ont une influence importante sur les écoulement, et, plus encore, sur le transport. Les modèles génétiques récemment apparus ont la capacité de mieux incorporer dans les modèles de faciès les observations géologiques, chose courante dans l’industrie pétrolière, mais insuffisamment développée en hydrogéologie. On conclut que les travaux de recherche ultérieurs devraient s’attacher à développer les modèles de faciès, à les comparer entre eux, et à mettre au point de nouvelles méthodes d’essais in situ, comprenant les méthodes géophysiques, capables de reconnaître la géométrie et les propriétés des faciès. La constitution d’un catalogue mondial de la géométrie et des propriétés des faciès aquifères, ainsi que des méthodes de reconnaissance utilisées pour arriver à la détermination de ces systèmes, serait d’une grande importance pratique pour les applications. La heterogeneidad se puede manejar por medio de la definición de características homogéneas equivalentes, conocidas como promediar o tratando de describir la variabilidad espacial de las características de las rocas a partir de observaciones geológicas y medidas locales. Las técnicas disponibles para estas descripciones son generalmente modelos geoestadísticos continuos o modelos de facies discontinuos como los modelos Boolean, de Indicador o de umbral de Gaussian y el modelo de cadena de Markow. Estos modelos de facies son mas adecuados para tratar la conectvidad de estratos geológicos (por ejemplo canales de alta permeabilidad enterrados o barreras de baja permeabilidad que tienen efectos importantes sobre el flujo y especialmente sobre el transporte en los acuíferos. Los modelos genéticos ofrecen nuevas formas de incorporar más geología en las descripciones de facies, un enfoque que está bien desarollado en la industria petrolera, pero insuficientemente en la hidrogeología. Se concluye que los trabajos futuros deberían estar más enfocados en mejorar los modelos de facies, en establecer comparaciones y en diseñar nuevos procedimientos para pruebas in-situ (incuyendo la geofísica) que pueden ayudar a identificar la geometría de las facies y sus propiedades. Un catálogo global de la geometría de las facies de los acuíferos y sus características, que podría combinar la génesis de los sitios y descripciones de los métodos utilizados para evaluar el sistema, sería de gran valor para las aplicaciones prácticas.
... The main simulated deposits are: - point bars, made of coarse sands on the convex banks of me... more ... The main simulated deposits are: - point bars, made of coarse sands on the convex banks of meanders, - channel lags, - overbanks deposits created during the flooding, - mud plugs and sand plugs at the meanders cuts, - wet land deposits such as peat located in the ...
Abstract Hydrothermal dolomite (HTD) reservoirs are well-known from exploration and development o... more Abstract Hydrothermal dolomite (HTD) reservoirs are well-known from exploration and development of hydrocarbon plays in the Middle East. Petroleum geoscientists query for means to model the related reservoir properties. This contribution describes the field ...
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