Stochastic simulations of fault networks in 3D structural modeling

3D structural modeling is a major instrument in geosciences, e.g. for the assessment of groundwater and energy resources or nuclear waste underground storage. Fault network modeling is a particularly crucial step during this task, for faults compartmentalize rock units and plays a key role in subsurface flow, whether faults are sealing barriers or drains. Whereas most structural uncertainty modeling techniques only allow for geometrical changes and keep the topology fixed, we propose a new method for creating realistic stochastic fault networks with different topologies. The idea is to combine an implicit representation of geological surfaces which provides new perspectives for handling topological changes with a stochastic binary tree to represent the spatial regions. Each node of the tree is a fault, separating the space in two fault blocks. Changes in this binary tree modify the fault relations and therefore the topology of the model.

RésuméLa modélisation structurale est largement utilisée en géoscience, notamment pour l’évaluation des ressources énergétiques et hydriques du sous-sol. La caractérisation des failles est l’une des étapes clés du processus de modélisation étant donné leur importance dans les écoulements de subsurface. Alors que la plupart des techniques de modélisation d’incertitudes structurales existantes perturbent seulement la géométrie des objets, nous proposons une nouvelle méthode de simulation stochastique de réseaux de failles, incluant des changements topologiques. Cette méthode associe une modélisation implicite des surfaces géologiques, avec un arbre binaire permettant d’agencer les régions spatiales du modèle. Chaque nœud de l’arbre représente une faille, séparant l’espace en deux blocs. Des changements dans l’arbre binaire modifient les relations entre failles et par conséquent la topologie du modèle.