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https://www.innovacioneducativa.unam.mx:8443/jspui/handle/123456789/5264| Título : | Campo de pruebas virtual para prospección Gravimétrica y Magnetométrica y Prototipo computacional para la simulación de propagación de ondas acústicas y elásticas en 2D con fines didácticos |
| Autor : | Escobedo Zenil, David |
| Fecha de publicación : | 2015 |
| Resumen : | A.- Campo de pruebas virtual para prospección Gravimétrica y Magnetométrica: Se creará un catálogo digital de datos sintéticos denominado Campo de Pruebas Virtual (CPV)que contendrá archivos de datos con las componentes de los campos gravitacional y geomagnético que serían observadas con equipo de adquisición similar al utilizado en las prácticas de campo de la asignatura Prospección Gravimétrica y Magnetométrica (PGyM). La finalidad del CPV es apoyar de forma práctica a los estudiantes que cursen la asignatura, en el diseño de levantamientos asistidos por modelado, control de calidad de datos adquiridos, pre-procesamiento y pruebas o validación de métodos de procesamiento de datos. El CPV también será una herramienta didáctica, auxiliar en el desarrollo de habilidades prácticas para el manejo y tratamiento de datos, así como para que los estudiantes asimilen con datos matemáticamente validados, los alcances y limitaciones de este tipo de estudios. Para el cálculo de datos del CPV se considerará escenarios hipotéticos libres de ruido, así como con ruido antropogénico y natural (RAyN), calibrados y complementados con observaciones de campo reales. Los modelos, tanto 2D como 3D del subsuelo que servirán para el cálculo de los datos del CPV,consistirán en fuentes aisladas con geometrías simples, hasta ensambles de múltiples fuentes, imitando estructuras reales sin límite de complejidad estructural. B.-Prototipo computacional para la simulación de propagación de ondas acústicas y elásticas en 2D: Esta herramienta computacional permitirá la simulación de la propagación de ondas acústicas y elásticas en 2D. Las ecuaciones diferenciales parciales se resolverán siguiendo el método numérico de Galerkin Discontinuo que requiere de un mallado triangular del dominio de simulación. Para la generación de ondas se usarán fuerzas puntuales y también el tensor de momento. El medio de propagación podrá ser un medio heterogéneo estratificado. Como condiciones de frontera se implementarán condiciones de superficie libre y condiciones absorbentes. La superficie libre recrea las condiciones de interacción entre el aire y la Tierra que ocurren en la superficie de la Tierra. Las condiciones absorbentes permiten la simulación de medios semi-infinitos en dominios discretos. El prototipo computacional se hará con Fortran 90 utilizando tipos de datos derivados para una mejor estructura del programa. Se buscarán posibles funciones en común entre los códigos acústico y el elástico para evitar la redundancia de código. Como este código tendrá fines pedagógicos, se comentará de forma exhaustiva cada parte del mismo. La utilidad de este prototipo será para ilustrar la propagación de ondas para los cursos de Física de las ondas (7° Semstre), Prospección sísmica (8° Semestre) e Inversión de datos geofísicos (9° Semestre). En especial para los cursos de Prospección sísmica e Inversión de datos geofísicos, el prototipo permitirá la generación de sismogramas sintéticos, para distintas configuraciones físicas, que podrán utilizarse en los métodos de inversión revisados durante los curso. El uso de datos sintéticos mejorará la estrategia de enseñanza al representar una fuente infinita de datos en condiciones perfectamente conocidas. Los alumnos a su vez, tendrán acceso al prototipo para que generen sus propios datos sintéticos. Este programa será de código abierto para que los alumnos puedan revisar cada línea de código y hacer modificaciones del mismo. El prototipo pretende ser un buen ejemplo de programación que familiarice a los estudiantes con la programación de Fortran 90 que utilizan muchas empresas de exploración Geofísica. Se pretende que el prototipo sea el núcleo de tesis de licenciatura en temas de propagación de ondas o de inversión. Estas tesis podrían estar encaminadas al estudio de distintos métodos de inversión utilizando datos sintéticos generados por el prototipo o podrían generarse a partir de ligeras modificaciones del código hechas |
| URI : | http://132.248.161.133:8080/jspui/handle/123456789/5264 |
| metadata.dc.contributor.responsible: | Escobedo Zenil, David |
| metadata.dcterms.callforproject: | 2015 |
| metadata.dc.coverage.temporal: | 2015-2016 |
| metadata.dcterms.educationLevel.SEP: | Licenciatura nivel superior |
| metadata.dc.description.objective: | A.- Los objetivos para el CPV son: 1.Generar un catálogo digital de modelos sintéticos (CPV),complementados con observaciones en campo, que sirva como herramienta de apoyo en el aprendizaje para la asignatura PGyM, en la validación de métodos de procesamiento e interpretación de anomalías gravimétricas y magnetométricas, así como en el diseño de adquisición de ese tipo de datos. 2.Contribuir con el CPV, al aprendizaje de los estudiantes de la asignatura Prospección de Gravimetría y Magnetometría, dotándolos de una cantidad importante de datos gravimétricos y magnetométricos sintéticos, generados a partir de las ecuaciones que describen el comportamiento de los campos gravitacional y geomagnético, con los que podrán reafirmar conocimientos de forma práctica, validando resultados con los modelos sintéticos de los cuales provienen. 3.Interesar a los estudiantes en temas relacionados con la construcción y/o uso de modelos sintéticos de métodos potenciales con fines exploratorios y realicen servicio social y tesis en estos temas, tomando y robusteciendo con sus contribuciones, los datos del CPV. B.- Los objetivos para el Simulador de Ondas Elásticas son: 1.- Desarrollar un prototipo computacional para la simulación de ondas acústicas y elásticas en 2D utilizando como lenguaje de programación Fortran 90, esto por qué actualmente es el lenguaje más utilizado por la industria de exploración Geofísica. 2.- Desarrollar habilidades de programación en los estudiantes cuando estos hagan uso del prototipo computacional para la generación de datos sintéticos. 3.- Desarrollar mayor experiencia en los métodos de inversión gracias al uso de datos sintéticos. |
| metadata.dc.description.hypothesis: | A.- Con el CPV se pretende complementar y mejorar sustancialmente el aprendizaje de los estudiantes de la asignatura de PGyM, al poner a su disposición una amplia gama de datos sintéticos con diferentes niveles de ruido, simulando adquisiciones terrestres o aéreas, tanto en perfiles como en mallas, conociendo de antemano las estructuras del subsuelo que generan las perturbaciones observadas en ellos. El CPV también contendrá datos generados simulando diferentes parámetros de adquisición, para contemplar casos en que el diseño de adquisición no es exitoso y las estructuras de interés no pueden ser definidas correctamente a través del procesamiento de datos visto en clase. Con esto se pretende ilustrar claramente el efecto de un mal diseño de adquisición de datos y el estudiante se podrá familiarizar con este tipo de problemas. Por otro lado, el CPV podría ser utilizado como material didáctico en asignaturas de Ciencias de la Ingeniería e Ingeniería Aplicada; esenciales en la formación del ingeniero geofísico. Los datos con diferentes niveles de ruido servirán en las asignaturas de Introducción al Diseño de Filtros Digitales e Introducción al Tratamiento de Señales para probar la eficiencia de algoritmos de estimación espectral y reducción de ruido. En las asignaturas Procesamiento de Datos Geofísicos e Inversión de Datos Geofísicos, podrán usarse como casos ilustrativos de la validación de secuencias de procesamiento y métodos de inversión lineal y no lineal aplicados a los métodos potenciales.Finalmente, en la asignatura PGyM se espera su principal contribución, al estar diseñado específicamente para su uso como herramienta didáctica. Cabe mencionar que el proyecto tiene como alcance contar con modelos validados por el Departamento de Geofísica de la FI-UNAM que podrían llegar a utilizarse como estándares de prueba y validación de metodologías de diseño de adquisición y control de calidad de datos adquiridos, procesamiento y apoyo en la interpretación de los mismos en prospectos de exploración por métodos potenciales. B.- La generación de datos sintéticos permitirá a los estudiantes tener mayor experiencia en los métodos de inversión y las herramientas computacionales utilizadas por la industria de exploración Geofísica. De igual forma, como éstos tendrán que hacer uso del prototipo computacional para la generación de datos sintéticos, podrán familiarizarse con el tipo de programación utilizado en la industria de exploración Geofísica. |
| metadata.dc.description.strategies: | A.- Para lograr los objetivos planteados en este proyecto, se tiene contemplada la siguiente metodología: 1.Llevar a cabo una revisión bibliográfica exhaustiva, relacionada con el cálculo directo de las componentes de los campos gravimétrico y geomagnético, observadas por equipos usuales en la academia (Departamento de Geofísica de la FI-UNAM). 2.Elaboración de un catálogo de modelos sintéticos correspondientes a fuentes únicas con geometrías simples para calcular las componentes gravimétricas y magnetométricas de interés. 3.Elaboración de un catálogo de modelos sintéticos basados en ensambles de fuentes múltiples que representen estructuras con geometría compleja. 4.Desarrollo de los algoritmos computacionales para el cálculo del problema directo de las componentes de los campos gravitacional y geomagnético generados por los modelos sintéticos delos catálogos elaborados en los dos puntos anteriores, validados numéricamente con ayuda de la bibliografía consultada. 5.Visitas de campo para registrar datos con RAyN en niveles variables, considerando sitios cercanos a asentamientos urbanos o dentro de ellos, donde se tendrá ruido antropogénico predominante y de gran amplitud, así como sitios lejanos de asentamientos urbanos, en los que se registrarán datos con poca influencia de ruido antropogénico, pero relativamente alto contenido de ruido natural (causado por perturbaciones no antropogénicas en los campos gravitacional y geomagnético). 6.Generación de datos para modelos de fuentes únicas y ensambles de fuentes, e integración de los datos calculados libres de ruido con modelos de ruido aleatorio y modelos de ruido basados en el análisis de datos recopilados en las visitas de campo. 7.Almacenamiento de los datos del CPV en los formatos usualmente utilizados por los sistemas de adquisición de los equipos con que cuenta el Departamento de Geofísica de la FI-UNAM. 8.Elaboración de manuales de operación y uso del CPV, incluyendo las características de la fuente y de los parámetros de adquisición, e imágenes en proyección ortogonal e isométrica de los modelos y datos. 9.Integración del CPV en su presentación digital y reporte final. B.- A continuación se describirán las fases de desarrollo para el prototipo computacional para la propagación de ondas acústicas y elásticas en 2D. 1.-Planeación: En esta fase se tienen las siguientes etapas: i.-Teórica: Se investigará como resolver las ecuaciones diferenciales parciales que modelan la propagación de ondas acústicas y elásticas con el método de Galerkin discontinuo. La elección de este esquema numérico se debe a la flexibilidad que tiene para la modelación de medios de propagación heterogéneos. ii.-Programación: Se planteará la estructura del programa, los archivos de entrada y salida que se requerirán. Se crearán tipos de datos para facilitar su estructura. Se buscará agrupar las funciones en común, entre el programa de propagación de ondas acústicas y el de ondas elásticas, para evitar la redundancia del código. 2.- Desarrollo: Se hará la programación planeada en la fase anterior y se desarrollarán scripts en Octave para la visualización de los datos de salida. Esta es la fase más compleja y laboriosa de todo el proceso. 3.- Verificación: Se buscará la comparación de sismogramas sintéticos obtenidos por el prototipo creado y alguna solución analítica o semianalítica. Esta fase es indispensable para asegurar que el prototipo computacional resuelve correctamente las ecuaciones de onda acústicas y elásticas. 4.- Final: Se escribirá de un Manual de usuario para los estudiantes. Este manual describirá la estructura del programa, los archivos de entrada, los archivos de salida y como hacer uso del prototipo computacional. |
| metadata.dc.description.goals: | Este proyecto está contemplado para ser concluido en un año, por lo que todos los objetivos considerados se alcanzarán al final de dicho año. |
| metadata.dc.description.selfAssessment: | Consideramos que una autoevaluación se debe realizar sobre todo el proceso además de los productos logrados en el proyecto. Los puntos a comentar son: 1.-) El proyecto desarrollado corresponde a una propuesta de modelado matemático del problema directo en dos áreas muy importantes para la geofísica, sísmica y métodos potenciales (gravimetría y magnetometría). Actualmente son escasos los desarrollos computacionales orientados al modelado directo, los que existen están orientados a la industria y su costo es oneroso, o en su casso se trata de software libre de consorsios de invesstigación a nivel posgrado. 2.-) El software desarrollado está enfocado para apoyar los procesos de enseñanza en la carrera de Ingeniería Geofísica. Los requerimientos computacionales son moderados y el nivel de complejidad es adecuado para los grupos de asignaturas de Teoría del Potencia, Prospección Gravimétrica y Magnetométrica, Inversión de datos Geofísicos, Procesamiento de Datos Geofísicos, Física de la Ondas y Prospección Sísmica, así como las materias de sismología y aplicadas del área sísmica. 3.-) Los datos de campo obtenidos de gravimetría, magnetométria y sísmica son de gran interés y utilidad al ser obtenidos de una estructura real, en un contexto de una problemática real de geotecnia. Estos datos, son el principio de una base de datos que puede enriquecerse con el fin de tener un punto de comparación para los usuarios de software. Es importante mencionar que la utilidad del modelado directo es aplicable a un sin número de problemáticas donde se apliquen los métodos geofísicos, como son, geotecnia, geohidrología, exploración petrolera, minera y de geotermia, ambientales, y muchos otros. |
| metadata.dc.description.goalsAchieved: | A.- Respecto el CVP 1.- Se generó un catálogo digital de modelos sintéticos (CPV). 2.- Se realizaron mediciones de microgravimetría y magnetometría en campo, con la oportunidad de registros en un sitio controlado. 3.- Se Generó una base de datos de campo de microgravimetría a partir de las mediciones de campo. 4.- EL catálogo digital y la base de datos serán una herramienta importante para apoyar el aprendizaje relacionado con las asignaturas de la carrera de ingeniero geofísico para el área de métodos potenciales, como son Teoría del Potencial, Prospección Gravimétrica y Magnetométrica, Inversión de datos Geofísicos, así como Procesamiento de Datos Geofísicos. 5.- La creación del catálogo y la base de datos de campo son dos productos iniciales que serán el punto de partida para elaborar catálogos más robustos y bases de datos que apoyen la labor docente en las asignaturas anteriormente mencionadas. Estos permitirán trabajar y comparar las diferencias y coincidencias entre datos modelados sintéticamente con datos reales obtenidos en campo. B.- Respecto el Simulador de Ondas Elásticas son: 1.- Se desarrollo un prototipo computacional para la simulación de ondas acústicas y elásticas en 2D utilizando como lenguaje de programación Fortran 90. 2.- Este prototipo ayudará a desarrollar habilidades de programación en los estudiantes en la generación de datos sintéticos y otros procesos que involucren la programación en modelación de problemas geofísicos. 3.- El desarrollo de modelos sintéticos apoyará la solución de problemas directos y permitirá desarrollar mayor experiencia para los métodos de inversión, generando una mejor comprensión de los problemas directo e inverso que son fundamentales en la ingeniería Geofísica. Particularmente apoyará para los cursos de Física de las Ondas, Prospección Sísmica, Inversión de datos Geofísicos y Procesamiento de Datos Geofísicos. |
| metadata.dcterms.provenance: | Facultad de Ingeniería |
| metadata.dc.subject.DGAPA: | Ciencias de la tierra |
| metadata.dc.type: | Proyecto PAPIME |
| Aparece en las colecciones: | 1. Área de las Ciencias Físico Matemáticas y de las Ingenierías |
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