Création et modification de modèles géologiques par champs de potentiel. Application au modèle GeoChron, Creating and editing geological models with level sets. Application to the GeoChron model

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Sous la direction de Jean-Laurent Mallet
Thèse soutenue le 21 juin 2007: INPL
La construction du réseau de failles d'un domaine géologique à l'aide d'un logiciel de géomodélisation peut être longue et fastidieuse pour des géométries et des contacts de failles complexes et peu marqués sur les données de subsurface. En utilisant une représentation implicite de ces surfaces de faille par des champs de potentiel calculés sur un maillage tétraédrique, le processus de création d'un modèle structural a été totalement automatisé. Les contacts de failles sont détectés et des surfaces avec une géométrie cohérente au niveau des contacts sont construites. Les champs de potentiel permettent la modification du réseau de failles tout en préservant la cohérence géologique du modèle. Une technique développée ici permet également de corriger la géométrie d'un maillage tétraédrique à proximité des failles. Ainsi, de nouvelles informations ou interprétations ou des perturbations représentant les incertitudes sur la position des failles sont intégrées au modèle géologique
-Modèle volumique
-Champs de potentiel
-Géomodélisation
One of the first steps when a geological study area is modelled in three-dimensional geomodelling software is to build the fault network. This can be tedious and time-consuming when fault geometry and branching are complex and difficult to locate from sub-surface data. The process of creating a three-dimensional structural model from various data types was entirely automated by using an implicit representation of fault surfaces by level sets computed on a tetrahedral mesh. Fault branching is detected automatically and surfaces with coherent contact geometry are built. Using level sets for fault surfaces also enables easy editing of the fault network while maintaining the geological consistency of the model. A further tetrahedral mesh editing technique was developed during this PhD in order to modify mesh geometry close to faults. New information or interpretations or perturbations which represent geometrical uncertainty on faults can thus be integrated to the geological model
-Volume model
-Level set
-Geomodelling
Source: http://www.theses.fr/2007INPL032N/document
Publié le : mardi 25 octobre 2011
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´Ecole Nationale Sup´erieure de G´eologie
Institut National ´Ecole doctorale RP2E
Polytechnique de Lorraine
Cr´eation et modification de mod`eles
g´eologiques par champs de potentiel.
Application au mod`ele GeoChron
`THESE
pr´esent´ee et soutenue a` huis clos le 21 Juin 2007
pour l’obtention du
Doctorat de l’Institut National Polytechnique de Lorraine
Sp´ecialit´e G´eosciences
par
Anne-Laure TERTOIS
Composition du jury
Directeur de th`ese : Jean-Laurent Mallet
Rapporteurs : Jean-Paul Chil`es
Albert Tarantola
Examinateurs : Bruno L´evy
Guillaume Caumon
Jean-Claude Dulac
Centre de Recherches P´etrographiques et G´eochimiques
Laboratoire d’Infographie et d’Analyse de Donn´ees
Rue du Doyen Marcel Roubault - 54500 VandœuvreMisenpageaveclaclassethloria.Remerciements
Tout d’abord, merci à mon directeur de thèse Jean Laurent Mallet, qui a su me convaincre
dem’engagerdanscettethèseaulieud’entrerdansl’industriedèsmasortiedel’école.Lestrois
années passées au sein du laboratoire ont été une expérience passionnante et l’opportunité de
poursuivre des travaux de recherche avec une telle autonomie matérielle et intellectuelle m’a
peut êtredonnédemauvaiseshabitudespourlasuite.
Ensuite, merci à Albert Tarantola et Jean Paul Chilès d’avoir accepté d’être rapporteurs de
cettethèse.MerciégalementàGuillaumeCaumon,BrunoLévyetJean ClaudeDulacpourleur
participationàcejury.
Merciauconsortium GOCAD pouravoirfinancémestravauxpendantlapremièremoitiéde
ma thèse. Après un an et demi d’efforts, la compagnie Earth Decision a décidé de financer la
suitedecestravaux,cequim’apermisdebénéficierdesderniersdéveloppementssurlelogiciel
et de l’encadrement de développeurs industriels. Merci donc à Earth Decision, maintenant Pa
radigm, et à Jean Claude Dulac, ainsi que Laurent Deny et Richard Cognot pour leurs conseils
avisésetleurscritiquestoujoursconstructives,etàOlivierGrossequiapataugédansmoncode
avec autant de facilité et de motivation que dans la piscine du Lido. Merci à Bruno Lévy pour
leventd’enthousiasmequ’ilfaitsoufflersurnosmachinesàchacunedesesvisites.
Merciàmesnombreuxrelecteurs,Rémi,Christian,Guillaume,OlivieretFrançoisesansqui
cettethèseauraitétébienplusindigesteetparseméedecoquilles.
Merci à tous les membres du labo qui ont contribué à sa bonne ambiance : Souchy, Pimu,
Bruno,Rémi,Tobias,Laurent,Manu,Laetitia,Luc,PierreK.(avecquij’aipartagélesaffresde
la rédaction), Marco, Olivier R., Sarah, Guillaume, et Christian. Je ne suis pas prête d’oublier
les discussions constructives ou loufoques à la kfet et les soirées parfois assorties de jeux de
rôle. Côté logistique, merci à Pierre J. et Monique qui veillent au bon fonctionnement du labo,
etauxnouveauxarrivésChristopheetFatima.
Merci à ceux qui me soutiennent sans faillir, Flo, Dragon de l’aube, Kidlata, El Garanon et
mon brasseur préféré. Et enfin, merci à toute ma famille, en particulier mon frère Sylvain qui
m’a mis le premier les mains dans la programmation (STOS Basic sur ATARI) et mon frère
Fabien qui m’a dégoûtée de la prépa maths et accompagnée dans ma difficile année de sup
BCPST. Leur exemple a toujours été une source d’inspicompétition. Merci à Maman qui est
toujourslàpournousquelsquesoientlescoupsdusortetàPapaquinousaouvertlavoiedans
ledomainescientifique.
1«Maintenant, Axel, s’écria le professeur d’une voix enthousiaste,
nous allons nous enfoncer véritablement dans les entrailles du globe.
Voici donc le moment précis auquel notre voyage commence.»
Jules Verne, Voyage au Centre de la Terre
[Verne, 1864]
3Tabledesmatières
Introduction 15
1 Cadreetobjectifsdutravail 19
1.1 Pourquoicréerdesmodèlesdusous sol? . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
1.1.1 Originedesdonnéesgéologiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
1.1.2 Intégrationdesdonnéesprovenantdedifférentessources . . . . . . 22
1.2 Modèlesdesurfacesetmodèlesvolumiques . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
1.3 Modèlescontinusetmodèlesdiscrets . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
1.3.1 Lignes et surfaces discrètes, volumes continus : le modèle défini
parfrontières . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
1.3.2 Discrétisationdel’espaceengrillesstructurées . . . . . . . . . . . 26
1.3.3 Représentationgéométriqueplussouple:lesgrillesnon structurées 28
1.3.4 Bilan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
1.4 Lemodèletétraédrique:unevastegammed’applications . . . . . . . . . . 30
1.5 LemodèleGeoChron,modélisationséparéedelagéométrieetdespropriétés 31
1.6 Objectifsetcontributionsdutravaildethèse . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
I Constructiondemodèles 37
2 Constructiondesurfacesgéologiques 39
2.1 Triangulationdirectedesdonnées . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
2.2 Approximationdesdonnéesparsurfacetriangulée . . . . . . . . . . . . . 40
2.2.1 Constructiond’unesurfaceparapproximationdesdonnées . . . . . 40
5Table des matières
2.2.2 Ajustementdelasurfaceauxdonnées . . . . . . . . . . . . . . . . 41
2.2.3d’unesurfaceauxdonnéesparMxDSI . . . . . . . . . 42
2.3 Méthodesbaséessurdeschampsdepotentiel . . . . . . . . . . . . . . . . 44
2.3.1 Extractiondesurfaceséquipotentielles . . . . . . . . . . . . . . . 45
2.3.2 Utilisationdeschampsdepotentielengéologie . . . . . . . . . . . 48
2.4 Constructiondesurfacesdefailleparlaméthodedeschampsdepotentiel . 51
2.4.1 Calculduchampdepotentiel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
2.4.2 Extractiondesurfaceséquipotentielles . . . . . . . . . . . . . . . 53
2.4.3 Limiterl’extensiondessurfacesdefaille . . . . . . . . . . . . . . 57
2.4.4 Structuresdedonnéesdessurfacesimplicites . . . . . . . . . . . . 60
2.5 Bilan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
3 Dessurfacesaumodèlevolumique:étatdel’art 63
3.1 Modèlegéologiquedéfiniparfrontières . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
3.2 Cohérencedescontactsdesurfaces . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
3.3 Conformitédumaillagedessurfaces . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66
3.4 Problèmesàrésoudrepourconstruireunmodèledéfiniparfrontières . . . . 67
4 Constructionduréseaudefaillesparchampsdepotentiel 69
4.1 Contactdesurfaceséquipotentielles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
4.2 Détectiondescontactsentrefailles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70
4.3 Restrictiondelasurfacesecondaireparlasurfaceprincipale . . . . . . . . 74
4.3.1 Contraintesdevisibilité . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74
4.3.2 Restrictionsurlescontraintesdevisibilité . . . . . . . . . . . . . . 75
4.4 Stockagedesinformationsdecontactsurlessurfacesdefaille . . . . . . . 76
4.5 Filtragedescontactsdefailledétectésautomatiquement . . . . . . . . . . 77
4.6 Bilan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77
4.6.1 Calculetstockagedespropriétés . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77
4.6.2 Gestionbinairedescontacts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80
4.6.3 Uneconstructionautomatique,maispasuneapproche boîte noire . 82
4.6.4 Perspectives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82
65 Versunmodèledéfiniparchampsdepotentiel 85
5.1 Pointdedépart:leréseaudefaillesconstruitparchampsdepotentiel . . . 85
5.2 Miseencohérencedeslignesdesuture . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86
5.2.1 Calculdelalignedecontactsurlasurfacesecondaire . . . . . . . 87
5.2.2 Calculdelalignedecontactsurlasurfaceprincipale . . . . . . . . 88
5.2.3 Unificationdesextrémitésetorientationdeslignesdecontact . . . 89
5.2.4deslignesdecontact . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91
5.3 Collectedesinformationspourledécoupagedessurfaces . . . . . . . . . . 91
5.3.1 Sélectiondestrianglesàremailler . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92
5.3.2 Stockagedesinformationsdecoupe . . . . . . . . . . . . . . . . . 93
5.4 Créationdumodèledéfiniparfrontières . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96
5.4.1 Créationdesurfacesexplicites . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96
5.4.2 Frontièresdumodèle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96
5.4.3 Créationdumodèledéfiniparfrontières . . . . . . . . . . . . . . . 98
5.5 Verslemodèledéfiniparchampsdepotentiels . . . . . . . . . . . . . . . 99
5.5.1 Difficultésrencontrées . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99
5.5.2 Lespointsfortsdelaméthode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100
5.5.3 Ilnerestequ’unpasdessurfaceséquipotentiellesaumodèledéfini
parchampsdepotentiel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101
6 DumodèledéfiniparfrontièresaumodèleGeoChron 103
6.1 ConstructiondelaparamétrisationGeoChron . . . . . . . . . . . . . . . . 103
6.2degrillestétraédriques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107
6.2.1 Aperçudesdifférentesméthodesdetétraédrisation . . . . . . . . . 107
6.2.2 Dumodèledéfiniparfrontièresaumaillagetétraédrique . . . . . . 108
6.3 Adaptationdumodèledéfiniparchampsdepotentielàlatétraédrisation . . 111
6.3.1 Maillagedessurfaces . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112
6.3.2 Extensiondessurfacesdefaille . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112
6.4 Bilan:desdonnéesaumodèleGeoChron . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113
7

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