Los métodos geofísicos electromagnéticos (EM) se han utilizado desde 1900 en aplicaciones industriales, geocientíficas y de ingeniería en todo el mundo para detectar, localizar y caracterizar recursos naturales en el subsuelo. Actualmente, algunos de los usos comerciales más dominantes de este tipo de métodos se encuentran en la exploración y el monitoreo de depósitos minerales, depósitos de agua y reservas de hidrocarburos.
Los métodos EM infieren estructuras subterráneas a partir de mediciones de campos electromagnéticos. Las mediciones, o datos electromagnéticos, se adquieren a través de una gran variedad de sondeos geofísicos que típicamente se realizan en la tierra, en el mar o en pozos. Un componente importante en el procesamiento de dichos datos se realiza con técnicas de simulación electromagnética directa e indirecta, las cuales resultan en modelos detallados de propiedades físicas de interés de las estructuras subterráneas. Por ejemplo, si el objetivo del sondeo es detectar minerales, el resultado de dichas técnicas numéricas puede ser un modelo de la distribución de la conductividad eléctrica (propiedad física para caracterizar minerales) del subsuelo. La subsecuente interpretación geológica y la evaluación de estos modelos de conductividad permiten comprender la distribución espacial de las estructuras subterráneas y, en última instancia, conducen a tomar mejores decisiones durante el proceso exploración.
La simulación directa e indirecta de datos EM son poderosas herramientas de interpretación; sin embargo, al usarlas dentro de programas de exploración industrial resultan en problemas de costo computacional excesivo. Aunque el campo de la computación electromagnética ha avanzado bastante, la simulación directa e indirecta de datos EM para escenarios geofísicos realistas siguen siendo un gran desafío computacional, cuyo principal cuello de botella es la simulación directa de campos EM.
Los escenarios geofísicos realistas a menudo consideran grandes dominios computacionales, así como geometrías con variación geológica, topográfica y otras características relacionadas con la simulación que varían en múltiples escalas espaciales (mm a km) y medios altamente heterogéneos. Estos dos factores influyen significativamente en el comportamiento de los campos EM resultantes y deben ser adecuadamente considerados durante el proceso de mallado para que la simulación nos de un resultado preciso. En particular, la malla usada en técnicas de discretización tradicionales, tales como elemento finito o volumen finito, se refina lo suficiente tal que capture la estructura de la heterogeneidad del modelo detalladamente. Esto conlleva al uso de mallas grandísimas y el problema se traduce a resolver sistemas de ecuaciones lineales grandísimos (del orden de millones o billones de ecuaciones).
Una alternativa para simular eficientemente los campos electromagnéticos en estos casos es usar métodos multiscala. Estos métodos forman parte de la familia de métodos de reducción de dimensionalidad, los cuales aspiran a reducir el tamaño del sistema de ecuaciones lineales que será finalmente resuelto. Estos métodos han sido extensivamente estudiados y exitosos en la comunidad de dinámica de fluidos computacional para resolver el problema de simular eficientemente fluidos en medios porosos. En esta charla, se introducirán estos métodos, se discutirá como se puede expandir su aplicación al campo de la geofísica electromagnética, y se mostrarán resultados en un contexto minero.