Облака проплывают над самой высокой вершиной Австрии, открывая ее часть за частью. Энди А. Пфаффхубер (Andi A. Pfaffhuber) сделал карьеру, собирая воедино более полное представление о Земле, комбинируя геотехнические и геофизические данные.
Энди, генеральный директор и соучредитель EMerald Geomodelling, посещает австрийские Альпы. Его рабочая группа работает над проектами по всей Европе, помогая клиентам минимизировать риски в проектах гражданского строительства.
Исторически сложилось так, что между инженерно-геологическими и геофизическими группами существовало недопонимание. Но такие компании, как его, помогают представителям обеих дисциплин извлечь выгоду, заполняя пробелы в данных друг друга.
Энди прекрасно понимает обе точки зрения: прежде чем погрузиться в мир инженерного проектирования в Норвежском геотехническом институте, он защитил докторскую диссертацию по геофизике.
«В NGI я руководил группой, которая разрабатывала и адаптировала геофизические методы, методы дистанционного сбора данных и ГИС для геотехнических работ.»
Все специалисты работали вместе в институте, но он обнаружил, что в поле все обстоит иначе.
«Существует довольно большой разрыв между геофизическими и геологическими и геотехническими данными. Обычно у вас есть эксперты по разным предметным областям, которые работают независимо друг от друга», — говорит Энди.
«К сожалению, очень часто геофизик не понимает потребностей инженера, а инженеру не хватает понимания того, что может сделать геофизик.»
Энди в облаках австрийских Альп. (Фото предоставлено частным лицом)
Бурите необходимые скважины там, где вам нужно
Геотехнические данные, такие как образцы и данные скважин, являются ключом к подтверждению геологических гипотез. Тем не менее, сбор этих данных может быть дорогостоящим, трудоемким и дает точную информацию только об одном местоположении.
«У вас есть несколько скважин, о которых вы точно знаете, что происходит в конкретной скважине, но ничего не знаете об условиях между ними. Геофизика может заполнить эти пробелы», — говорит Энди.
Энди заметил, что геомеханики ранее пытались заполнить эти пробелы, проводя линии между скважинами. Процесс занимал много времени и приводил к созданию статической модели, если только вы не начинали с нуля каждый раз, когда поступали новые данные.
Эти модели содержали предположения о сложности окружающего геологического строения, иногда с дорогостоящими последствиями.
«Если вы предполагаете, что ваш туннель проходит сквозь скальную породу, а потом оказывается, что на самом деле у вас нет покрывающей породы, потому что предполагаемая топография коренных пород расположена не так высоко, как вы думали, — это большая проблема. К сожалению, эта проблема возникает слишком часто.»
Рабочая группа EMerald Geomodelling использует аэрогеофизические исследования, позволяющие быстро охватить большую территорию, а затем планирует проекты бурения только там, где геофизические данные имеют высокую степень неопределенности.
«В большинстве геологических условий модели удельного сопротивления, которые вы получаете с помощью электромагнитной аэросъемки, дают вам хорошее представление о том, где находится граница раздела коренных пород.»
Затем целевые скважины могут подтвердить геофизическую модель или добавить новую информацию. Конечным результатом часто является более точная модель за меньшее время и с меньшими затратами на бурение.
Модель топографии коренных пород со скважинами и геофизическими данными. (Источник изображения: EMerald Geomodelling)
Прояснение неопределенности
Электромагнитная аэросъемка может быстро предоставить хороший обзор геологических условий между скважинами.
Но, как и сами по себе скважины, эта методика не идеальна. Существует один ключевой аспект геофизических данных, с которым геомеханикам сложно работать, — это неопределенность.
«С концепцией неопределенности все еще трудно справиться. Геомеханики традиционно предпочитают одну линию, хотя знают, что она не дает полной картины», — рассказывает Энди.
Он также слышал истории о совместной работе с геомеханиками, где они либо переоценивали достоверность геофизических моделей, либо не доносили четкой информации о неопределенности данных.
«В геофизической инверсии чрезвычайно важным фактором является то, что у вас есть хороший способ обработки неопределенности в ваших измеренных данных», — говорит он.
«Есть ряд людей, которых нам нужно переубедить с помощью новой технологии и соответствующего уровня доверия и открытости в отношении ее ограничений.»
Рабочая группа EMerald Geomodelling создает визуальные модели геологической среды, которые включают измерения неопределенности. Когда неопределенность обретает более материальную форму, инженерам становится легче интерпретировать геофизические данные и видеть их ценность.
Геофизика для проектирования маршрутов
Недавно команду Энди привлекли к проекту строительства автомагистрали, где уже был запланирован туннель, и вот-вот должно было начаться бурение. Клиенты обратились в EMerald Geomodeling за вторым мнением, чтобы подтвердить маршрут их туннеля.
«Топография коренных пород была получена всего через несколько недель после того, как мы провели аэрогеофизическую съемку для получения электромагнитных данных во временной области (TEM), и туннель, который планировалось проложить в породе, оказался в мягкой глине», — говорит Энди.
«Это было обнаружено без бурения первой скважины. Таким образом, направление этого туннеля может быть изменено прямо сейчас».
Прежде чем потратить средства на бурение, чтобы обнаружить глину, геофизики предложили полезный обзор геологической обстановки. После того, как план туннеля был изменен, для корректировки и подтверждения первоначальной модели было использовано бурение.
«Владельцы проекта увидели возможность не только сэкономить много времени и денег на бурении скважин, но и значительно снизить геологический риск за счет гораздо более быстрого получения обзора.»
Подобное происходит не впервые. Его рабочая группа помогла одному норвежскому проекту строительства автомагистрали сократить затраты на бурение на 30 %, а время — на срок до шести месяцев (50 %).
Модель границ геологических структур для проекта туннеля. (Источник изображения: EMerald Geomodelling)
Создание развивающейся модели
В прошлом, когда создавалась модель коренных пород — геофизическая или геотехническая — она передавалась в полностью завершенном виде. Используя передовое программное обеспечение и машинное обучение, специалисты EMerald Geomodelling нашли способы создавать более активные модели.
Они используют специализированные инструменты для работы с данными электромагнитной аэросъемки в программном обеспечении Workbench для создания геофизических моделей. Затем они объединяют их со скважинными данными, используя собственную технологию искусственного интеллекта.
Разработанный ими ИИ обучен обрабатывать, считывать и вычислять неопределенность как в геофизических, так и в геотехнических данных. На их основе программа создает базовую модель, которая учитывает пробелы в обоих типах данных.
Поскольку ИИ уже запрограммирован для проекта, можно добавлять новые данные и создавать новую модель почти мгновенно.
«В наших моделях есть функция обновления. Когда проектная группа предоставляет данные по новому набору скважин, мы просто снова запускаем алгоритм. И модель совершенствуется и становится более точной».
Работая с обновляемой моделью с первого дня, инженеры и руководители проектов могут по-настоящему оценить отличие от традиционных статических моделей.
«Мы предоставляем им информацию на очень раннем этапе, очень быстро. Но по ходу проекта мы обновляем модель всякий раз, когда появляются новые данные, и тогда они очень счастливы», — говорит Энди.
«Потому что они всегда работают с моделью, которая содержит наилучшую доступную информацию.»
Коллектив EMerald Geomodelling проводит аэрогеофизическую съемку. (Источник изображения: EMerald Geomodelling)
Лучшие методики из двух миров
Важнейший посыл Энди заключается не в том, что существует один идеальный метод, а в том, что геофизические и геотехнические данные вместе позволяют строить более точные модели коренных пород.
«Это большое преимущество для большинства геофизических методов: вы можете затем заполнить промежутки между скважинами и получить более полную картину, более полный обзор более эффективным способом».
Вот как рабочая группа EMerald Geomodelling выполняет для клиентов работу по разгону облаков, скрывающих недра, заполняя по одному пробелу за раз.