Figura 1. Respuestas eléctricas obtenidas con PETGEM para un modelo de resistividad arbirario en 3D
El modelado geo-electromagnético 3D es una técnica de sondeo para obtener la distribución de resistividad eléctrica del subsuelo a partir de la medición simultánea de campos electromagnéticos (EM) inducidos de forma natural o artificial en el subsuelo de la Tierra. La respuesta EM a las fuentes de excitación depende de la resistividad eléctrica de las estructuras geológicas. De esta dependencia, es posible extraer información útil del subsuelo para mejorar y reforzar la caracterización e interpretación geofísica. Como resultado, los métodos geo-electromagnéticos 3D se han utilizado ampliamente para mapear las variaciones de conductividad/resistividad del subsuelo para un conjunto diverso de aplicaciones en la minería de minerales y recursos, estudios de conductividad de la corteza, caracterización del almacenamiento de CO2, imágenes de yacimientos geotérmicos e hidrocarburos marinos. exploración. La interpretación rigurosa de datos electromagnéticos en entornos geológicos complejos requiere herramientas de modelado precisas y eficientes. Con estas herramientas, se resuelven las ecuaciones de difusión de Maxwell en el rango de baja frecuencia para obtener una predicción de la respuesta EM.
En el marco del proyecto PIXIL, investigadores del Barcelona Supercomputing Center (BSC) han trabajado en el desarrollo y mejora del código PETGEM, que es una rutina paralela y de alto orden para modelado electromagnético en configuraciones realistas. La tarea de desarrollar e implementar la nueva versión del código requirió la colaboración entre diferentes instituciones académicas, entre las que destacan la Universidad de Barcelona (UB), el Basque Center for Applied Mathematics (BCAM) y el BSC. Además, se ha podido establecer un vínculo con el sector industrial para mejorar la herramienta tecnológica. En particular, el BSC ha colaborado con Geode-Solutions para desarrollar un demostrador para la generación de mallas a medida para el modelado electromagnético con PETGEM. Esta colaboración academia-industria se ha formalizado mediante la firma de una licencia de uso limitado entre BSC y Geode-solutions.
Además, PETGEM ha sido seleccionado para el primer estudio de preevaluación del programa Lab-to-Market (L2M) de la Red de I+D Energía para la Sociedad (XRE4S). El programa L2M es el programa de exploración de tecnología XRE4S. Consiste en una evaluación previa de la tecnología, la oportunidad de mercado y el análisis del estado y la estrategia de propiedad intelectual. El esfuerzo durante el programa de exploración L2M se centrará en buscar las necesidades del mercado de la energía geotérmica (nivel local) y ver cómo la tecnología PETGEM puede contribuir a la detección y caracterización de yacimientos geotérmicos basados en métodos EM y Computación de alto rendimiento (HPC).
Las capacidades y el rendimiento de PETGEM se han evaluado en el último año, centrándose en la energía geotérmica. Los siguientes artículos se han derivado de esta investigación y trabajo colaborativo:
- Castillo-Reyes, O., Queralt, P., Marcuello, A., & Ledo, J. (2021). Land CSEM simulations and experimental test using metallic casing in a geothermal exploration context: Vallès Basin (NE Spain) case study. IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing (Early access).
- Castillo-Reyes, O., Modesto, D., Queralt, P., Marcuello, A., Ledo, J., Amor-Martin, A., de la Puente, J., García-Castillo, L.E. (2021). 3D magnetotelluric modeling using high-order tetrahedral Nédélec elements on massively parallel computing platforms. Submitted to Computers & Geosciences
- Werthmüller, D., Rochlitz, R., Castillo-Reyes, O., & Heagy, L. (2021). Towards an open-source landscape for 3-D CSEM modelling. Geophysical Journal International, 227(1), 644-659.
- Castillo-Reyes, O., Amor-Martin, A., Botella, A., Anquez, P., García-Castillo, L.E. (2021) Adaptive mesh refinement for 3D electromagnetic modeling using high-order edge elements. Submitted to Computational Geosciences.
Una de las principales conclusiones de este trabajo de investigación es que las características de PETGEM satisfacen los requisitos de modelado de configuraciones geo-electromagnéticas 3D desafiantes utilizando arquitecturas modestas de múltiples núcleos y clústeres de computación paralela a gran escala. Además, los resultados confirman que un enfoque de triple hélice basado en métodos de elementos finitos de alto orden, mallas adaptadas y HPC puede ser altamente competitivo para la solución de modelos 3D realistas y complejos en electromagnetismo geofísico. Estos resultados de PIXIL serán útiles para los geofísicos interesados en modelos geoelectromagnéticos arbitrarios de 3D.