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GLQ3401 Intro stat + variogrammes- D. Marcotte 1 Introduction à la géostatistique et variogrammes Automne 2006

Introduction à la géostatistique et variogrammes

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GLQ3401 Intro stat + variogrammes- D. Marcotte 1

Introduction à la géostatistique et variogrammes

Automne 2006

GLQ3401 Intro stat + variogrammes- D. Marcotte 2

Plan

Rappels statistiques1 v.a.2 v.a.

Point de vue géostatGisement vs modèle stat

HistoriqueEffet supportEffet informationGéostatistique linéaire

Hypothèse de stationnaritéVariogramme expérimentalModèles Problèmes et stratégie de modélisation

GLQ3401 Intro stat + variogrammes- D. Marcotte 3

Une v.a. (continue) est entièrement caractérisée par sa fonction de densité

-10 -5 0 5 10 15 200

0.1

0.2

Loi normale, m=5, σ=3

-10 -5 0 5 10 15 200

0.1

0.2

Loi lognormale, m=5, σ=3

Intégrale: probabilité

GLQ3401 Intro stat + variogrammes- D. Marcotte 4

Résumer une distribution par certaines statistiques

Tendance centrale (moyenne)

-10 -5 0 5 10 15 20 25 300

0.02

0.04

0.06

0.08

0.1

0.12

0.14

0.16

0.18

0.2Loi normale, σ=3

m=5m=10m=15

GLQ3401 Intro stat + variogrammes- D. Marcotte 5

Dispersion autour de la moyenne (écart-type)

-20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 25 300

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0.3

0.35

0.4Loi normale, m=5

s=1s=3s=6

GLQ3401 Intro stat + variogrammes- D. Marcotte 6

Asymétrie

-10 -5 0 5 10 15 200

0.1

0.2

Loi normale, m=5, σ=3

-10 -5 0 5 10 15 200

0.1

0.2

Loi lognormale, m=5, σ=3

-10 -5 0 5 10 15 200

0.1

0.2

0.3Loi lognormale, m=5, σ=9

= 3.84

= 0

= 0.44

GLQ3401 Intro stat + variogrammes- D. Marcotte 7

Le type de loi peut avoir une grande influence sur les ressources et la valeur d’un gisement.

Exemple : gisement m=2, σ=2, t.coupure = 1

1.131.40Profit conv

2.703.02Teneur

0.660.69Tonnage/T0

LognormaleNormale

GLQ3401 Intro stat + variogrammes- D. Marcotte 8

Deux v.a.

Loi binormale, σ1=2 σ2=5 ρ=0.8 Loi binormale, σ1=2 σ2=5 ρ=0.2

Un couple de v.a. X et Y (continues) est entièrement caractérisé par la loi de densité conjointe f(x,y)

GLQ3401 Intro stat + variogrammes- D. Marcotte 9

On peut résumer une distribution bivariable par différentes statistiques dont :

- moyennes des 2 variables- écart-types (ou variances) des 2 variables- corrélation (ou covariance) entre les 2 variables

La covariance mesure le degré d’association entre 2 v.a.

La corrélation est la covariance entre 2 v.a. normalisées pour présenter un écart-type de 1

YXXY

)Y,X(Covσσ

GLQ3401 Intro stat + variogrammes- D. Marcotte 10

-4 -2 0 2 4-4

-2

0

2

4

r=0.3

-4 -2 0 2 4-4

-2

0

2

4

r=0.7

-4 -2 0 2 4-4

-2

0

2

4

r=0.96

-4 -2 0 2 40

2

4

6

8

r=0

GLQ3401 Intro stat + variogrammes- D. Marcotte 11

0 5 10 15 200

5

10

15

20

r=0.4

0 5 10 15 200

10

20

30

40

r=0.68

0 5 10 15 200

10

20

30

r=0.92

GLQ3401 Intro stat + variogrammes- D. Marcotte 12

Espérance mathématique

Notion fondamentale

Si g(X)=(X-m)2 => E[g(X)] = Var(X)

Si g(X,Y)= (X-mx) (Y-my) => E[g(X,Y)]= Cov(X,Y)

∫ ∫∫

=

=

=

dxdy)y,x(f)y,x(g)]Y,X(g[E

dx)x(f)x(g)]X(g[E

dx)x(xf]X[E

Y,X

X

X

GLQ3401 Intro stat + variogrammes- D. Marcotte 13

Propriétés de l’espérance mathématique

E est un opérateur linéaire =>E[c g(X)]= c E[g(X)]E[g(X) + h(X)] = E[g(X)] + E[h(X)]E[g(X,Y) + h(X,Y)] = E[g(X,Y)] + E[h(X,Y)]

En particulier

)X,X(Cov*2)X(Var)X(Var)XX(Var 212121 ++=+

)X,X(Cov*ab2)X(Varb)X(Vara)bXaX(Var 2122

12

21 ++=+

∑∑∑= ==

=n

1i

n

1jjiji

n

1iii )X,X(Covaa)Xa(Var

Une des expressions qui revient le plus souvent en géostat

GLQ3401 Intro stat + variogrammes- D. Marcotte 14

( ) ∫ ∫∫ = Z(y))dxdyCov(Z(x),cZ(x)dxcVar 2 Une autre expression qui revient souvent en géostat

( ) ∫ ∫∫∫ = dxdy))y(Z),x(Z(Covabdy)y(Zb ,dx)x(ZaCov

GLQ3401 Intro stat + variogrammes- D. Marcotte 15

Point de vue de la géostat

Z(x2)

Z(x3)

Z(x1)

Gisement

Gisement => infinité de points ou très grand nombre de « quasi-points » x : emplacement géographiquechaque point -> teneur -> Z(x)chaque teneur -> v. a. (ensemble forme une fonction aléatoire (de x))

GLQ3401 Intro stat + variogrammes- D. Marcotte 16

Impossible d’estimer à partir des données la loi de densité conjointe

Impossible d’estimer à partir des données la loi de densité bivariable

Impossible d’estimer à partir des données la loi de densité d’une variable

Cul de sac ? Oui -> zut, cours terminé !

Non -> youppi cours pas terminé !

GLQ3401 Intro stat + variogrammes- D. Marcotte 17

sortie

-Hypothèses

-Questions auxquelles le modèle permet de répondre

Gamme de questions Hypothèse Généralité

-Simulations

-Méthodes non-linéaires

-Méthodes linéairesHypothèse

GLQ3401 Intro stat + variogrammes- D. Marcotte 18

Historique de la géostatistique

1930-1950 Théorie des fonctions aléatoires (Kolmogorov, Wiener)1955 Daniel Krige : approche empirique (régression) pour corriger pour corriger problèmes de biais conditionnel observé dans les mines

Pourquoi moins que prévu ?Comment prévoir et tenir compte de l’effet support ?

1960-1970 Matheron (mines), Matern (foresterie), Gandin (météorologie) développent ensemble d’outils => naissance de la géostat linéaire stationnaire. Réponse aux questions de Krige. Matheron donne le nom de « krigeage » à la méthode d’estimation qu’il développe.

GLQ3401 Intro stat + variogrammes- D. Marcotte 19

Historique (suite)

1973 géostat linéaire non-stationnaire *1975 géostat non-linéaire1977 1er livre en anglais de géostat (M. David)1980 géostat linéaire multivariable *1985 simulations *

* Domaines encore actifs de recherche

Aujourd’hui, la géostat est appliquée dans une foule de domaines(mines, pétrole, foresterie, agriculture, environnement, hydrogéologie, géotechnique, pêches, biologie, biomédical,…)

GLQ3401 Intro stat + variogrammes- D. Marcotte 20

Effet supportGisement A Gisement B

Comment prévoir ces comportements différents ?Quel est l’impact $$ ?

0 5 10

0 5 10

0 5 10

0 5 10

0 5 10

0 5 10

GLQ3401 Intro stat + variogrammes- D. Marcotte 21

Effet information

VraiMinerai rejeté

Stérile traité

Estimé

Prévoir l’étendue des plages d’erreur et pertes en $ ?Évaluer $ en information pour réduire les pertes ?

On mine à partir d’estimés mais on récolte des valeurs vraies !

GLQ3401 Intro stat + variogrammes- D. Marcotte 22

À tonnage extrait égal

⇒on récupère toujours moins de métal avec des gros blocs qu’avec des petits blocs (effet support)

=> on récupère toujours moins de métal avec des estimés qu’avec les vraies valeurs (effet information)

La géostatistique permet théoriquement

- Prévoir l’ampleur de ces effets- Minimiser ces effets- Prendre des décisions éclairées au vu de ces effets

GLQ3401 Intro stat + variogrammes- D. Marcotte 23

Géostatistique linéaire

QuestionsEstimation de teneurs ponctuelles ou blocsPrécision associée à ces estimations

HypothèseStationnarité du second ordre

Les caractéristiques sont moyenne, variance et covariance

Deux paires de points espacés d’un même vecteur « h » ont des caractéristiques

semblables

GLQ3401 Intro stat + variogrammes- D. Marcotte 24

Gisement

Z(x1)

Z(x2)

Z(x1)

Z(x2)

Diagramme binaire

Moyenne ? Variance ? Covariance?

+ hypothèse stationnarité« h scattergram »

Z(x)

Z(x+h)

Gisement

hhh

h h

GLQ3401 Intro stat + variogrammes- D. Marcotte 25

« h1 scattergram »

Z(x)

Z(x+h)Faire varier « h »

Gisement

h1h1h1

h1 h1

« h2 scattergram »

Z(x)

Z(x+h)

Gisement

h2

h2

GLQ3401 Intro stat + variogrammes- D. Marcotte 26

« h » peut varier en direction et en module.

|h| =1

Z(x)

Z(x+h)

|h| =2

Z(x)

Z(x+h)

|h| =3

Z(x)

Z(x+h)

|h| Cov

On cherche si possible avoir au moins 30 points sur chaque diagramme

-Tolérance sur la direction

-Tolérance sur le module

GLQ3401 Intro stat + variogrammes- D. Marcotte 27

Exemple

GLQ3401 Intro stat + variogrammes- D. Marcotte 28

Avec tolérance de 0.5 sur |h| et 15o sur direction

GLQ3401 Intro stat + variogrammes- D. Marcotte 29

En pratique, on ne s’intéresse qu’à la covariance (corrélation)

-1 -0.5 0 0.5 1-1

-0.5

0

0.5

1h=3 dir=0-180, Cov = 0.17

Z(x+

h)

-1 -0.5 0 0.5 1-1

-0.5

0

0.5

1h=8 dir=0-180, Cov = 0.085

Z(x+

h)

-1 -0.5 0 0.5 1-1

-0.5

0

0.5

1h=15 dir=0-180, Cov = -0.029

Z(x)

Z(x+

h)

2 4 6 8 10 12 14 16-0.05

0

0.05

0.1

0.15

0.2Fonction de covariance

h ±0.5 θ=0 ou 180 ±15o

Cov

aria

nce

GLQ3401 Intro stat + variogrammes- D. Marcotte 30

Le variogramme

-1 -0.5 0 0.5 1-1

-0.8

-0.6

-0.4

-0.2

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1h=3 dir=0-180, Cov = 0.16

Z(x+

h)

Mesure la dispersion sur cette droite

GLQ3401 Intro stat + variogrammes- D. Marcotte 31

[ ] ( )[ ]2h)+Z(x-Z(x)E 21h)+Z(x-Z(x)Var

21 = (h) =γ

Si E[Z(x)]=m

Variogramme : définition

DécroîtCroîth

Doit exister = Cov(h=0)Si existe = palier Var

Constante connueConstantem

CovarianceVariogramme

GLQ3401 Intro stat + variogrammes- D. Marcotte 32

Lien entre variogramme et covariance

)h(Cov)h( 2 −σ=γ

Covariance

Variogramme

h

GLQ3401 Intro stat + variogrammes- D. Marcotte 33

Variogramme expérimentalChoisir une direction + tolérance angulaireDiscrétiser |h| en classes distinctesRépartir les paires dans les classes

[ ]∑=

γ)h(N

iiie h)+x Z(- )xZ(

N(h) 21 = (h)

1

2

N(h) : nombre de paires dans la direction considérée et dans la classe de distance h

GLQ3401 Intro stat + variogrammes- D. Marcotte 34

Exemple

1234321

h=1

4213231

1.3334

2.543

1.652

0.561

γ(h)N(h)h

0.8334

1.12543

1.252

1.2561

γ(h)N(h)h

0 1 2 3 4 50

0 . 5

1

1 . 5

2

2 . 5

3

0 1 2 3 4 50

0 . 5

1

1 . 5

2

2 . 5

3

GLQ3401 Intro stat + variogrammes- D. Marcotte 35

Le variogramme décrit la continuité spatiale du phénomène

5 10 15 20 25 30

5

10

15

20

25

30

0 5 10 15 20 250

0.5

1

1.5

2

0o

0 5 10 15 20 250

0.5

1

1.5

2

45o

0 5 10 15 20 250

0.5

1

1.5

2

90o

0 5 10 15 20 250

0.5

1

1.5

2

135o

GLQ3401 Intro stat + variogrammes- D. Marcotte 36

10 20 30 40 50

10

20

30

40

50

60

N

0 5 10 15 20 250

1000

2000

30000o

0 5 10 15 20 250

1000

2000

300045o

0 5 10 15 20 250

1000

2000

300090o

0 5 10 15 20 250

1000

2000

3000135o

GLQ3401 Intro stat + variogrammes- D. Marcotte 37

0 5 10 15 20 250

1000

2000

3000

40000o

0 5 10 15 20 250

1000

2000

3000

400045o

0 5 10 15 20 250

1000

2000

3000

400090o

0 5 10 15 20 250

1000

2000

3000

4000135o

10 20 30 40 50

10

20

30

40

50

60

10 20 30 40 50

10

20

30

40

50

60

+

10 20 30 40 50

10

20

30

40

50

60

=

Effet pépite causé par le bruit ajoutéNotez comme la structure sous-jacentedemeure très visible

GLQ3401 Intro stat + variogrammes- D. Marcotte 38

50 100 150 200

-2

0

2

Z

donnees

0 50 1000

0.5

1

1.5

2

g(h)

Variogramme

50 100 150 200

-2

0

2

Z

donnees

0 50 1000

0.5

1

1.5

2

g(h)

Variogramme

50 100 150 200

-2

0

2

x

Z

donnees

0 50 1000

0.5

1

1.5

2

h

g(h)

Variogramme

3 exemples en 1D

GLQ3401 Intro stat + variogrammes- D. Marcotte 39

Le variogramme est une statistique d’ordre 2

Ce n’est pas suffisant pour caractériser tous les aspects d’une image ou d’un processus

e.g. on peut créer plusieurs images ayant même « m », même variogramme et présentant pourtant des textures très différentes

GLQ3401 Intro stat + variogrammes- D. Marcotte 40

Variogramme expérimental

γ(h)

|h|h moyen dans

la classe

?

?

?

Dans les calculs géostat, on doit connaître Cov ou γ pour tout « h »

Modèle

GLQ3401 Intro stat + variogrammes- D. Marcotte 41

γ(h)

|h|

?Non, le modèle doit être admissible

Modèle admissible : modèle assurant que toute variance calculée à partir de celui-ci est positive

Modèles démontrés admissibles

GLQ3401 Intro stat + variogrammes- D. Marcotte 42

Généralement,

γ(h)

+ +

+ + ++

+Palier : σ2 = C0 + C

Effet de pépite : C0

Portée : a|h|

GLQ3401 Intro stat + variogrammes- D. Marcotte 43

0 50 100 150 2000

0.5

1

Gaussien

0 50 100 150 2000

1

2

Linéaire

0 50 100 150 2000

0.5

1

Linéaire avec palier

0 50 100 150 2000

1

2

3

Fractal avec b=1.5

0 50 100 150 2000

0.5

1

1.5

Fractal avec b=0.5

0 50 100 150 2000

2

4

6

DeWijsien

0 50 100 150 2000

1

2

Effet de trou cosinus

0 50 100 150 2000

0.5

1

1.5

Effet de trou sinus

0 50 100 150 2000

0.5

1

Pépite

0 50 100 150 2000

0.5

1

Exponentiel

0 50 100 150 2000

0.5

1

Sphérique

0 50 100 150 2000

0.5

1

Circulaire

0 100 200 300 400 5000

0.5

1

Gravimétrique

0 100 200 300 400 5000

0.5

1

Magnétique

0 50 100 150 2000

0.5

1

Cubique

0 50 100 150 2000

0.5

1

Penta-sphérique (Christakos, 1984 p.264)

Exemples de modèle

GLQ3401 Intro stat + variogrammes- D. Marcotte 44

0 50 100 150 2000

0.5

1

Quadratique (Alfaro, 1984)

0 100 200 300 400 5000

0.5

1

Stable (Lantuéjoul,1994)

0 100 200 300 400 5000

0.5

1

Hyperbolique (Lantuéjoul, 1994)

0 500 1000 15000

0.5

1

BK Matern, p.30, 4e, s=2

0 100 200 300 400 5000

0.5

1

Christakos,1984, p.261

0 100 200 300 400 5000

0.5

1

Christakos, 1984, p.262

0 50 100 150 2000

0.5

1

Christakos, 1984, p.262 (74)

0 100 200 300 400 5000

0.5

1

Cosinus hyperbolique

0 100 200 300 400 5000

0.5

1

Stein

0 100 200 300 400 5000

0.5

1

Whittle

0 100 200 300 400 5000

0.5

1

Matern p.30, 2e, n=1

0 100 200 300 400 5000

0.5

1

Matern p.30, 2e, n=3

0 100 200 300 400 5000

0.5

1

1.5

BJ Matern p.30, 3e, k=0

0 500 1000 15000

0.5

1

BJ Matern p.30, 3e, k=1

0 500 1000 15000

0.5

1

BJ Matern p.30, 3e, k=2

0 100 200 300 400 5000

0.5

1

Bessel 2: Mantoglou et Wilson

GLQ3401 Intro stat + variogrammes- D. Marcotte 45

Toute somme (coefficients positifs) de modèles de variogramme est admissible

Toute somme (coefficients positifs) de modèles de covariance est admissible

Tout produit (coefficients positifs) de modèles de covariance est admissible

Chaque modèle peut être isotrope ou anisotrope, les directions d’anisotropie peuvent varier d’un modèle à l’autre

Un modèle peut être admissible en 1D et non-admissible en 2D, 3D,….Par contre, s’il est admissible en 3D il l’est aussi en 2D et 1D.

GLQ3401 Intro stat + variogrammes- D. Marcotte 46

Modèles de base en mineEffet de pépite

h

γ (h)

0h si C 0h si 0)h(

0 >==γ

-Erreurs de mesure

-Erreurs de localisation

-Erreurs d’analyse (Gy)

-Microstructure non-identifiable dû au manque de données

Presque toujours présent mais rarement seulEffet de pépite pur => estimation impossible

GLQ3401 Intro stat + variogrammes- D. Marcotte 47

Sphérique

h

γ (h)

<<

=

ah si C

ah0 si ah5.0

ah1.5C

0h si 0

)h( 3

Modèle le + fréquent

e.g. teneur, épaisseur, …

Combiné avec effet pépite

GLQ3401 Intro stat + variogrammes- D. Marcotte 48

Exponentiel

h

γ (h)

Assez commun

Semblable au sphérique

a: portée effective γ(h)=0.95*C

a’=a/3

−−

−−=γ

a|h|3exp1Cou

'a|h|exp1C)h(

GLQ3401 Intro stat + variogrammes- D. Marcotte 49

Gaussien

h

γ (h)

-Peu fréquent en mine-Variables très continues :e.g. topographie, gravimétrie, magnétisme,épaisseur,…- Problèmes numériques si absence d’effet de pépite

a: portée effective γ(h)=0.95*C

a’=a/30.5

−−

−−=γ

22

a|h|3exp1Cou

'a|h|exp1C)h(

GLQ3401 Intro stat + variogrammes- D. Marcotte 50

-Modèles sans palier

-Moyenne, variance et covariance non définies

2b0 0,|h| a

|h|C)h(b

<≤>

GLQ3401 Intro stat + variogrammes- D. Marcotte 51

Problèmes Problèmes Problèmes…

Données extrêmes influencent beaucoup le variogramme

10 0 0 0 0 0

0 1 2 3 4 5 60

10

20

30

40

50

60

70

Variogramme expérimental

Distance

gam

ma(

h)

0 0 10 0 0 0

0 1 2 3 4 5 60

5

10

15

20

25

30

35

Variogramme expérimental

Distance

gam

ma(

h)

GLQ3401 Intro stat + variogrammes- D. Marcotte 52

Zone A: (pas de 2m)

4 4 5 6 6 7 6 5 4

Zone B: (pas de 1m), zone +variable

8 6 8 10 12 8 10 12 14 10 8 6 12 8 10 10 8 10

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 100

1

2

3

4

5

6

7

8

9

8

7

6 5

Variogram m e expérim ental

Dis tance

gam

ma(

h)

Zone A

17

16

15

14

13

12

11

10

9

Zone B

17 24

15

21

13

18

11

15 9

Zone A+B

-Étudier les zones séparément ?

-Sous-échantillonner la zone B

GLQ3401 Intro stat + variogrammes- D. Marcotte 53

Pratique de « confirmer » préférentiellement les teneurs riches

0 1 2 3 4 5 6 7 8 90

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50Variogrammes

h

γ(h)

Grille regulière Grille+10 doublonsGrille+doublons

A pour effet de fournir beaucoup de paires à petite distance et montrant de très fortes variations

Si on rééchantillonne chaque point, pas de problème

GLQ3401 Intro stat + variogrammes- D. Marcotte 54

Erreurs de localisation

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 100

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

1.8Variogrammes

h

γ(h)

Localisations vraies Localisations erronnées

GLQ3401 Intro stat + variogrammes- D. Marcotte 55

La géologie ne collabore pas toujours

-5 0 5 10 15 20-5

0

5

10

15

20Positions observées

x

y

-5 0 5 10 15 20-5

0

5

10

15

20Positions "dépliées"

x

y

0 2 4 6 8 100

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4Variogrammes initiaux

h

γ(h)

Dir. xDir. y

0 2 4 6 8 100

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4Variogrammes après "dépliage"

h

γ(h) // strates

Perpendiculaire

Certains logiciels permettent de passer à un système de coordonnées géologiques

GLQ3401 Intro stat + variogrammes- D. Marcotte 56

Anisotropies1- Géométrique : les portées décrivent une ellipse

agapθ

{ }

aa a

a ag p

p g

θθ θ

=+2 2 2 2 1 2

cos sin/

θ = 0

θ = 30

θ = 45θ = 60θ = 90

GLQ3401 Intro stat + variogrammes- D. Marcotte 57

2- zonale : toute anisotropie qui n’est pas géométrique

=> somme de composantes isotropes et avec anisotropies géométriques

0 5 10 15 200

0.5

1

1.5

2

Vario. exp. (dir, dip, vreg) : (0,0,0)

h

γ(h)

0 5 10 15 200

0.5

1

1.5

2

Vario. exp. (dir, dip, vreg) : (45,0,0)

h

γ(h)

0 5 10 15 200

0.5

1

1.5

2

Vario. exp. (dir, dip, vreg) : (90,0,0)

h

γ(h)

0 5 10 15 200

0.5

1

1.5

2

Vario. exp. (dir, dip, vreg) : (135,0,0)

h

γ(h)

M o d . a n i s o . 2 D : t y p e , a x a y , r o t ( t r i g o ) , c

3 7 7 0 0 . 5

3 1 7 1 . 0 4 9 e + 0 0 9 4 5 1 . 5

3 - g a u s s i e n

3 - g a u s s i e n

Gaussien isotrope a=7, C=0.5+

Gaussien aniso géom.a45=17a135=∞

5 10 15 20 25 30

5

10

15

20

25

30

Ajustement assez bon pour 0-5 pixels dans toutes les directions

GLQ3401 Intro stat + variogrammes- D. Marcotte 58

0 5 10 15 200

1000

2000

3000Vario. exp. (dir, dip, vreg) : (0,0,0)

h

γ(h)

0 5 10 15 200

1000

2000

3000Vario. exp. (dir, dip, vreg) : (45,0,0)

h

γ(h)

0 5 10 15 200

1000

2000

3000Vario. exp. (dir, dip, vreg) : (90,0,0)

h

γ(h)

0 5 10 15 200

1000

2000

3000Vario. exp. (dir, dip, vreg) : (135,0,0)

h

γ(h)

10 20 30 40 50

10

20

30

40

50

60

N

Modèle sphérique avec anisotropie géométriquea(45)=20.4, a(135)=13.8

90o 135o 0o

450

Oh non, je ne vais pas encore

me faire variographer!

GLQ3401 Intro stat + variogrammes- D. Marcotte 59

Stratégie de modélisationDéfinition minutieuse du domaine Examen des données, données extrêmes ?Au besoin sous-échantillonnage des données pour éviter de sur-représenter des zones particulièresVariogramme omnidirectionnel => modèle isotrope candidatDéterminer directions géologiques principalesCalculer variogrammes directionnels (au moins 4 directions) attention aux paramètres de calculs (classes de distance et tolérance)Comparer variogrammes directionnels au modèle isotrope candidat

acceptable => terminéInacceptable => ajuster un modèle anisotrope (géométrique)

anisotrope (géométrique) acceptable => terminéInacceptable => anisotropie zonale ?

Dans tous les cas, il importe surtout d’ajuster les premiers points du variogrammeÉviter de « surajuster » les données

GLQ3401 Intro stat + variogrammes- D. Marcotte 60

Remarques concernant le calcul des variogrammes

Objectifs:

au moins 30 paires pour la plupart des points du variogramme

4-6 points avant le palier pour pouvoir ajuster modèleh < hmax/2

• Doit avoir un minimum de données

>30 pour variogramme omnidirectionnel>60 pour variogrammes directionnels

• Influence le choix de largeur des classes

GLQ3401 Intro stat + variogrammes- D. Marcotte 61

0 10 20 30 40 500

0.2

0.4

0.6

0.8

1

Vario. exp. (dir, dip, vreg) : (0,0,90)

h

γ (h)

0 20 40 600

0.5

1

Vario. exp. (dir, dip, vreg) : (0,0,0)

h

γ (h)

0 20 40 600

0.5

1

Vario. exp. (dir, dip, vreg) : (45,0,0)

h

γ (h)

0 20 40 600

0.5

1

Vario. exp. (dir, dip, vreg) : (90,0,0)

h

γ (h)

0 20 40 600

0.5

1

Vario. exp. (dir, dip, vreg) : (135,0,0)

h

γ (h)

Variog. Directionnels

Modèle sphérique a45=20, a135=35

Variog. omni

50 100 150 200

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

Exemple

GLQ3401 Intro stat + variogrammes- D. Marcotte 62

N=30 N=60 N=200

0 50 100 1500

0.5

1

1.5

14

38

52 78

64 76

46

Vario. exp. (dir, dip, vreg) : (0,0,90)

h

γ(h)

-100 -50 0 50 100-100

-50

0

50

100

0 20 40 600

0.5

1

1.5

16

38 59

70 89 105

137

Vario. exp. (dir, dip, vreg) : (0,0,90)

hγ(

h)

-100 -50 0 50 100-100

-50

0

50

100

Effet de pépite apparent

0 20 40 600

0.2

0.4

0.6

0.8

1

51

164 273

341 459 522 593 615 721

769

Vario. exp. (dir, dip, vreg) : (0,0,90)

h

γ(h)

-100 -50 0 50 100-100

-50

0

50

100

M o d . i s o . :

1 1 0 .

4 2 5 . 5 0 .

1 - p é p i t e

4 - s p h é r i q u e

GLQ3401 Intro stat + variogrammes- D. Marcotte 63

N=40000 N=200

0 20 40 600

0.5

1

15 39

66

89 126

159 156 154

161 212

Vario. exp. (dir, dip, vreg) : (0,0,22.5)

h

γ(h)

0 20 40 600

0.5

1

14

46

62 79

121 113 149 147

181 174

Vario. exp. (dir, dip, vreg) : (45,0,22.5)

h

γ(h)

0 20 40 600

0.5

1

5

39 72

82

96 139 152

171

172

200

Vario. exp. (dir, dip, vreg) : (90,0,22.5)

h

γ(h)

0 20 40 600

0.5

1

17

40 73

91

116

111 136

143 207 183

Vario. exp. (dir, dip, vreg) : (135,0,22.5)

h

γ(h)

0 20 40 600

0.5

1

Vario. exp. (dir, dip, vreg) : (0,0,0)

h

γ(h)

0 20 40 600

0.5

1

Vario. exp. (dir, dip, vreg) : (45,0,0)

h

γ(h)

0 20 40 600

0.5

1

Vario. exp. (dir, dip, vreg) : (90,0,0)

h

γ(h)

0 20 40 600

0.5

1

Vario. exp. (dir, dip, vreg) : (135,0,0)

h

γ(h)

Ajustement ± bon; ne peut être amélioré sans altérer les autres ajustements

GLQ3401 Intro stat + variogrammes- D. Marcotte 64

Pour détecter une anisotropie, il faut pouvoir calculer le variogramme dans la direction de meilleure continuité. Celle-ci n’est pas toujours connue.

θ = 0

θ = 30

θ = 45θ = 60θ = 90

1 1.5 2 2.5 3 3.5 40.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

0

10

20

30

θ

Rapport apparent en fonction de la direction (θ: angle avec ag) et du rapport d'anisotropie

Rapport vrai: ag / ap

Rap

port

app

aren

t: a θ /

aθ +

90

Tout écart => sous-estimation de l’anisotropie

Faible anisotropie peut passer inaperçue

GLQ3401 Intro stat + variogrammes- D. Marcotte 65

Tolérance angulaire doit être maintenue faible <22.5, idéalement 0-10.Tolérance trop grande

=> variogrammes peu directionnels=> sous-estimation de l’anisotropie

1 1.5 2 2.5 3 3.5 41

1.5

2

2.5

3

3.5

4

10

20

30

40

0tolérance

Rapport apparent en fonction de la tolérance et du rapport d'anisotropie

Rapport vrai: ag / ap

Rap

port

app

aren

t

GLQ3401 Intro stat + variogrammes- D. Marcotte 66

En 3D

Meilleures directions pour le calcul => directions des forages

- Permet de bien estimer le variogramme à petite distance- Erreurs de localisation et de direction ont moins d’impacts surle variogramme car les distances inter-carottes demeurent inchangées

Hic: - Nécessite des forages ayant différentes directions pour pouvoir modéliser l’anisotropie

GLQ3401 Intro stat + variogrammes- D. Marcotte 67

Autres outils utiles-Validation croisée de modèles candidats (krigeage); e.g. Tester un modèle

isotrope vs anisotrope; tester un effet de pépite de 10% vs 30%;…

-Modèle permet de prédire les variances des composites de tailles différentes ?

-Modèle permet de prédire les variances des valeurs krigées ?

-Variogramme des log(teneurs) pour identifier les anisotropies possibles, la

(les) portée, l’importance approximative de l’effet de pépite

-Variogramme d’une transformation des teneurs (e.g. rang), même chose que

les log