Non-parametric three-dimensional discrete fracture network modelling from fracture mapping data

• Chaoshui Xu ^[1] ; Peter Dowd ^[1] ; Nathan Nguyen ^[1] ; Wenjie Wang ^[2]
  1. [1] University of Adelaide

     University of Adelaide

     Australia

     
  2. [2] Wuhan University of Science and Technology

     Wuhan University of Science and Technology

     China

     
• Localización: Boletín geológico y minero, ISSN 0366-0176, Vol. 131, Nº 3, 2020, págs. 401-421
• Idioma: inglés
• Títulos paralelos:
  • Modelado no paramétrico de fracturas tridimensionales a partir de mapas de fracturas
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• Resumen
  • español

    Los macizos rocosos incluyen discontinuidades en forma de fracturas o juntas que, en general, resultan críticas en la determinación de las propiedades mecánicas o de flujo de la masa rocosa a escala ingenieril. Avances recientes en el poder de cálculo de los ordenadores ha hecho posible la representación explícita de estas fracturas en un modelo de macizo rocoso. Sin embargo, en la práctica, los sistemas de fracturas tridimensionales son imposibles de medir, y la mejor alternativa disponible es o medir las fracturas en sondeos (unidimensional) o sus trazas sobre la superficie del terreno (bidimensional). La construcción de un sistema tridimensional de fracturas que es representativo de la realidad se convierte en un problema inverso desafiante, ya que es esencialmente una relación de una realidad con correspondencia a muchas posibilidades diferentes. La mayoría de las metodologías existentes comienzan con asunciones sobre la distribución de las propiedades medidas, realizan una serie de correcciones de sesgo y entonces utilizan más asunciones y análisis estereológico para establecer un modelo tridimensional de fracturas. La práctica usual es concentrarse en aspectos particulares (parámetros) del modelo de fracturas tridimensionales que pueden producir una representación sesgada del sistema de fracturas reales. En este trabajo se describe el marco de una optimización sistemática no paramétrica que permite construir un modelo de fracturas tridimensionales más realista ya que reproducen mejor los estadísticos de los datos de fracturas obtenidos de mapas. Este enfoque no necesita una corrección por sesgo si el muestreo del modelo de fracturas es consistente con el utilizado en la toma de datos. Esta metodología se puede utilizar asimismo para evaluar la incertidumbre del modelo de fracturas, el cual es un importante, pero frecuentemente ignorado, componente del modelado en las metodologías existentes. Además, esta metodología no paramétrica es flexible y puede tratar con datos de diferentes fuentes (por ejemplo diferentes planos de muestreo con diferentes orientaciones o mezclas de muestreos en planos y a lo largo de sondeos). Esto representa un avance significativo sobre los métodos existentes ya que diferentes fuentes de datos presentan frecuentemente diferentes características estadísticas incluso para el mismo conjunto de fracturas. El conjunto de datos de Stripa Mine se ha usado para demostrar la aplicación del método propuesto.

  • English

    Rock masses usually include discontinuities in the form of fractures or joints, which in general are critical in determining the mechanical or flow properties of the rock mass at the engineering scale. Recent advances in computing power have made it possible to represent these fractures explicitly in a rock mass model. However, in practice, three-dimensional fracture systems are impossible to measure, and the best available alternative is either to map fractures in drill cores (one-dimensional) or on exposed rock surfaces (two-dimensional). The construction of a three-dimensional fracture system that is representative of reality then becomes a very challenging inverse problem, as this is essentially a relationship of one reality corresponding to many possibilities. Most existing approaches start with assumptions about the distribution of measured features, perform a series of bias corrections and then use some further assumptions and stereological analysis to establish the three-dimensional fracture model. The usual practice is to focus on particular aspects (parameters) of the three-dimensional fracture model which can easily produce a biased representation of the real fracture system. In this paper, a non-parametric systematic optimisation framework is described which can help construct a more realistic three-dimensional fracture model that best matches the statistics of the fracture mapping data. No bias correction is necessary in this approach provided the sampling of the fracture model is consistent with that used in the data collection. The framework can also be used to assess the uncertainty of the fracture model, which is an important, but often neglected, component of modelling in existing approaches. In addition, this non-parametric approach is also flexible and can deal with data from different sources (e.g., different sampling planes at different orientations, mixtures of plane and borehole sampling). This is a significant advantage over existing approaches as different data sources often display different statistical characteristics even for the same fracture set. The Stripa Mine dataset is used to demonstrate the application of the proposed method.