Autor |
Bressan, Thiago Santi; |
Lattes do autor |
http://lattes.cnpq.br/9582298785054550; |
Orientador |
Chemale Junior, Farid; |
Lattes do orientador |
http://lattes.cnpq.br/3498788836155706; |
Co-orientador |
Rigo, Sandro José; |
Lattes do co-orientador |
http://lattes.cnpq.br/3914159735707328; |
Instituição |
Universidade do Vale do Rio dos Sinos; |
Sigla da instituição |
Unisinos; |
País da instituição |
Brasil; |
Instituto/Departamento |
Escola Politécnica; |
Idioma |
pt_BR; |
Título |
Aplicação de inteligência artificial e machine learning em dados litoestratigráficos e geofísicos das expedições do Programa Internacional de Descobertas Oceânicas (IODP); |
Resumo |
Ferramentas computacionais específicas auxiliam o geólogo a identificar litologias e o
empilhamento estratigráfico em perfuração de poços, reduzindo custos operacionais
e gerenciando tempo de trabalho prático dos profissionais, direcionando-os para
interpretações eficientes de dados ou mesmo no aprimoramento das pesquisas
científicas na região o trabalho ou em regiões geologicamente distintas. Neste estudo,
a aplicação de algoritmos de aprendizado de máquina para a classificação
supervisionada de litologias foi avaliada. Foram utilizados dados de registros de
parâmetros multivariados em poços offshore, relacionados ao Programa Internacional
de Descobertas Oceânicas (IODP) com dados supervisionados e não supervisionados
(imagens), com a criação de um contexto de aplicação híbrida de algoritmos, dividida
em dois manuscritos. No manuscrito I, por meio da análise das litologias propostas
em 7 Expedições IODP e do uso da utilização dos algoritmos, foi possível agrupar e
dividir os conjuntos litológicos em quatro grupos de litologias e templates. As
propriedades geofísicas utilizadas no presente estudos incluíram GRA, PWL, MS,
RSC e SRM. Os templates foram submetidos a treinamento e testes pelos métodos
Multi-Layer Perceptron (MLP), DecisionTree, RandomForest e Support Vector
Machine (SVM) utilizando como avaliação dos resultados as métricas de classificação.
Como resultado, observou-se que Template1 obteve melhores resultados no algoritmo
MLP, Template2 e Template3 obtiveram melhores resultados no algoritmo
RandomForest acima de 80,00% de acurácia. Para Cross-validation, o algoritmo
RandomForest obteve ótimo desempenho em todos os cenários. No Practical
Template, o grupo de litologia G2 obteve melhor resultado com o algoritmo MLP com
acurácia média superior a 85,00%. Para o manuscrito II, a divisão dos dados incluiu a
formatação de três conjuntos de dados: dataset0, dataset1 e dataset2,
especificamente com os dados obtidos durante a Expedição IODP 362. As
propriedades petrofísicas utilizadas incluíram PWL, GRA, RSC, NGR, MAD, MS, RGB
e imagens de alta definição. Dataset0 incluiu dados de formação temporária para
validar o melhor interpolador. O dataset1 possui os dados interpolados das
propriedades petrofísicas, perfazendo um total de 295.945 registros para U1480 e
U1481 com 17 features. O dataset2 abrange os dados de textura e cor extraídos da
segmentação das imagens, perfazendo um total de 85.058 registros para o U1480 e
U1481, com 90 features. Cada conjunto de dados é replicado em dois grupos de
litologia: Grupo 1 e Grupo 2. Para o dataset2, novas combinações são adicionadas
entre as features formando 102 arranjos práticos com resultados específicos em cada
combinação. Os valores foram interpolados por Linear, Spline, Slinear, Quadratic,
Cubic, Akima, Pchip e Piecewise. O método de aprendizado de máquina empregado
para todos os datasets é o RamdomForest. Os resultados mostram que o melhor
interpolador avaliado no dataset0 é o Akima com acurácia igual a 98,22%. Para
dataset1, U1480, o valor de acurácia é 96,96% na combinação de 70% de treinamento
e 30% de teste no Grupo 1 e 97,71% na combinação de 70% de treinamento e 30%
de teste no Grupo 2. Para dataset1, U1481, o valor de acurácia é 99,68% na
combinação de 80% de treinamento e 20% de teste no Grupo 1 e 99,74% na
combinação de 80% de treinamento e 20% de teste no Grupo 2. Para o dataset2, os
arranjos práticos melhores avaliados são o 51 (Grupo 1) e o 102 (Grupo 2) para U1480
e os arranjos práticos 32, 33, 44, 45 e 51 (Grupo 1) e 102 (Grupo 2) para U1481. Em
relação ao novo método Area Superpixel (Apx), os melhores resultados estão no
Grupo 1 com maior combinação de treinamento e menor combinação de testes. Os
conjuntos de dados avaliados foram agrupados numa organização entre os locais da
expedição, em que se gerou um contexto de aplicação prática real na atividade diária
do geólogo com excelentes resultados de classificação litológica. A interpolação de
propriedades petrofísicas é válida e necessária quando há poucos dados para
treinamento respeitando as características de cada propriedade e interpolador.
Propriedades extraídas das imagens são relevantes e agrupadas em conjunto com as
propriedades petrofísicas criam um contexto de extrema importância na descoberta e
apresentação da informação para o profissional geólogo.; |
Abstract |
Specific computational tools help the geologist to identify lithologies and stratigraphic
stacking in well drilling, reducing operational costs and managing the professionals
practical work time, directing them to efficient data interpretations or even in the
improvement of scientific research in the region. in geologically distinct regions. In this
study, the application of machine learning algorithms for the supervised classification
of lithologies was evaluated. Data from records of multivariate parameters in offshore
wells were used, related to the International Ocean Discovery Program (IODP) with
supervised and unsupervised data (images), with the creation of a context of hybrid
application of algorithms, divided into two manuscripts. In manuscript I, through the
analysis of the lithologies proposed in 7 IODP-Expeditions and the use of the use of
the algorithms, it was possible to group and divide the lithological sets into four groups
of lithologies and templates. The geophysical properties used in the present study
included GRA, PWL, MS, RSC and SRM. The templates were submitted to training
and testing by the Multi-Layer Perceptron (MLP), DecisionTree, RandomForest and
Support Vector Machine (SVM) methods, using the classification metrics as the result
evaluation. As a result, it was observed that Template1 obtained better results in the
MLP algorithm, Template2 and Template3 obtained better results in the RandomForest
algorithm above 80.00% accuracy. For Cross-validation, the RandomForest algorithm
achieved excellent performance in all scenarios. In the Practical Template, the G2
lithology group obtained the best result with the MLP algorithm with an average
accuracy greater than 85.00%. For manuscript II, the division of the data included the
formatting of three datasets: dataset0, dataset1 and dataset2, specifically with the data
obtained during the IODP-Expedition 362. The petrophysical data used included PWL,
GRA, RSC, NGR, MAD, MS, RGB and high-definition images. Dataset0 included
temporary training data to validate the best interpolator. The dataset1 has the
interpolated data of the petrophysical properties, making a total of 295,945 records for
U1480 and U1481 with 17 features. The dataset2 covers the texture and color data
extracted from the segmentation of the images, making a total of 85,058 records for
the U1480 and U1481, with 90 features. Each data set is replicated in two groups of
lithology: Group 1 and Group 2. For dataset2, new combinations are added between
the features forming 102 practical arrangements with specific results in each
combination. The values were interpolated by Linear, Spline, Slinear, Quadratic, Cubic,
Akima, Pchip and Piecewise. The machine learning method used for all datasets is
RamdomForest. The results show that the best interpolator evaluated in dataset0 is
Akima with an accuracy of 98.22%. For dataset1, U1480, the accuracy value is 96.96%
in the combination of 70% training and 30% testing in Group 1 and 97.71% in the
combination of 70% training and 30% testing in Group 2. For dataset1, U1481, the
accuracy value is 99.68% in the combination of 80% training and 20% testing in Group
1 and 99.74% in the combination of 80% training and 20% testing in Group 2. For
dataset2, the best evaluated practical arrangements are 51 (Group 1) and 102 (Group
2) for U1480 and practical arrangements 32, 33, 44, 45 and 51 (Group 1) and 102
(Group 2) for U1481. Regarding the new Area Superpixel (Apx) method, the best
results are in Group 1 with the greatest combination of training and the least
combination of tests. The evaluated datasets were grouped in an organization between
the expedition sites, in which a context of real practical application in the daily activity
of the geologist was generated with excellent results of lithological classification. The
interpolation of petrophysical data is valid and necessary when there is little data for
training respecting the characteristics of each property and interpolator. Properties
extracted from the images are relevant and grouped together with the petrophysical
properties create a context of extreme importance in the discovery and presentation of
information to the geologist.; |
Palavras-chave |
Classificação litológica; Aprendizado de máquina; Lithological classification; Machine learning; Random forest; |
Área(s) do conhecimento |
ACCNPQ::Ciências Exatas e da Terra::Geologia; |
Tipo |
Tese; |
Data de defesa |
2021-02-22; |
Agência de fomento |
CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior; |
Direitos de acesso |
openAccess; |
URI |
http://www.repositorio.jesuita.org.br/handle/UNISINOS/9664; |
Programa |
Programa de Pós-Graduação em Geologia; |