In this work we apply a domain ontology for developing a computational approach for the task of lithologic correlation, within the Petroleum Geology domain. In this context, a domain ontology is applied for imposing a rich and homogeneous structure to the visual descriptions of the domain objects that are the targets of this task. In our approach, we combine the use of ontologies with clustering techniques and sequence alignment algorithms, which are typically applied in DNA sequencing. A domain ontology with a vocabulary sufficiently expressive for allowing rich visual descriptions of the domain objects is a key aspect of our proposal. Resumo. Neste trabalho, exploramos o uso de uma ontologia de dom´ınio para o desenvolvimento de uma abordagem computacional para a tarefa de correlac¸ a˜o litolo´gica, no dom´ınio da Geologia do Petro´leo. Neste contexto, uma ontologia de dom´ınio e´ utilizada para impor uma estrutura rica e homogeˆnea a`s descric¸o˜es visuais dos objetos de dom´ınio que sa˜o o foco desta tarefa. Ale´m da ontologia de dom´ınio, a abordagem tambe´m combina te´cnicas de clusterizac¸a˜o e algoritmos de alinhamento de sequeˆncias, tipicamente utilizados para realizar o sequenciamento de DNA. A disponibilidade de uma ontologia, com um vocabula´rio expressivo o suficiente para proporcionar uma descric¸ a˜o visual rica dos objetos do dom´ınio e´ um aspecto chave desta proposta.
Dom´ınios visuais sa˜o aqueles em que a resoluc¸a˜o de problemas e´ fortemente baseada
na aplicac¸a˜o de conhecimento visual dos especialistas. Consideramos conhecimento
visual como sendo o conjunto de modelos mentais que suportam o processo de racioc´ınio
sobre informac¸a˜o relacionada ao arranjo espacial e outros aspectos visuais das
entidades de dom´ınio [
Atualmente, investigamos abordagens para a tarefa de correlac¸a˜o litolo´gica, no dom´ınio da Estratigrafia Sedimentar, que se beneficiem da ontologia desenvolvida. A Estratigrafia Sedimentar e´ uma sub-a´rea da Geologia que estuda as camadas que compo˜em a Terra e busca determinar como ocorreu a formac¸a˜o dessas camadas. Neste dom´ınio, na tarefa de correlaca˜o litolo´gica o geo´logo busca reconhecer a mesma fa´cies sedimentar (Figura 1) em duas ou mais sec¸o˜es estratigra´ficas diferentes, mesmo que espacialmente distantes entre si. Ou seja, nesta tarefa o geo´logo investiga a continuidade lateral de fa´cies sedimentares em subsuperf´ıcie, onde na˜o e´ poss´ıvel realizar observac¸a˜o direta destas unidades. A correlac¸a˜o permite determinar a distribuic¸a˜o espacial e o volume das rochas que subsidiam a avaliac¸a˜o de economicidade dos reservato´rios de petro´leo.
Para alcanc¸ar este objetivo, o geo´logo inicia descrevendo visualmente corpos de rocha, tal como o testemunho de sondagem apresentado na Figura 1. A descric¸ a˜o destes corpos envolve discretiza´-los em fa´cies sedimentares e descrever todos os atributos visuais que caracterizam cada uma delas. Neste contexto, a fa´cies sedimentar e´ uma dada porc¸ a˜o de um corpo de rocha, visualmente distingu´ıvel das porc¸ o˜es adjacentes. Ale´m dos atributos que as caracterizam, as fa´cies sedimentares possuem uma ou mais estruturas sedimentares, que correspondem a padro˜es geome´tricos externamente vis´ıveis, que indicam padro˜es de arranjos espaciais internos dos gra˜os que constituem uma fa´cies.
Figura 1. Trecho de testemunho de sondagem, com duas fa´ cies distintas.
Adaptado de [
A continuidade das unidades de rochas e´ julgada pela similaridade entre fa´cies, visto que elas sa˜o as porc¸o˜es discretizadas de rocha pass´ıveis de observac¸a˜o direta e visualmente distingu´ıveis das demais. A correspondeˆncia entre corpos de rocha pode ser parcial, assim como a similaridade entre as unidades relacionadas; como exemplificado na Figura 2, onde a fa´cies 4 esta´ presente nas sec¸o˜es A e B, mas na˜o esta´ presente na sec¸ a˜o C. E´ importante notar que, a correlac¸ a˜o e´ estabelecida na˜o apenas com base na identificac¸a˜o do mesmo tipo de rocha nos diferentes poc¸os, mas principalmente pelo sequenciamento semelhante de diferentes tipos de rochas em cada um dos poc¸os.
Atualmente, a correlac¸a˜o e´ realizada a partir de mu´ltiplos registros textuais
distintos, sem uma estrutura padra˜o, capturados por geo´logos diferentes, sem apoio de um
vocabula´rio padra˜o. Essas condic¸o˜es fazem com que, no atual estado da arte, a tarefa de
correlac¸a˜o litolo´gica carec¸a de me´todos automa´ticos para processamento em larga escala.
Neste trabalho, no´s propomos que a correlac¸a˜o pode ser realizada com me´todos
computacionais de correlac¸a˜o automa´ticos, desde que as descric¸o˜es de rochas sejam orientadas
Figura 2. Representac¸ a˜ o de uma correlac¸ a˜ o litolo´ gica entre treˆ s sec¸ o˜ es
estratigra´ ficas distintas (A, B e C), envolvendo seis fa´ cies. Adaptada de
[
Diversas abordagens teˆm sido propostas para lidar computacionalmente com o problema
da correlac¸a˜o litolo´gica. Uma abordagem que tem se revelado promissora neste sentido,
tal como a adotada em [
Segundo [
-ATACATGTC--T G-TAC--GTCGG(a) -----AATGCCATTGAC----GG CAGCC--T--C---G-CTTAG-(b) Figura 3. Dois exemplos (a e b) de alinhamentos de pares de sequ eˆncias de DNA realizados pelo algoritmo de Smith-Waterman.
Para aplicar o algoritmo de Smith-Waterman sobre duas sequeˆncias, deve haver
uma maneira de comparar elementos de ambas, determinando quando eles sa˜o
equivalentes. Quando aplicado no alinhamento de sequeˆncias de DNA, este algoritmo opera sobre
strings constru´ıdas a partir de um alfabeto finito – as quatro letras que representam as
bases nitrogenadas ba´sicas do DNA. Neste caso a comparac¸a˜o entre elementos de duas
sequeˆncias e´ trivial, bastando verificar se os dois elementos sa˜o a mesma letra
(representando o mesmo tipo de base nitrogenada). Por outro lado, quando aplicado ao problema
de correlac¸ a˜o litolo´gica, o algoritmo deve ser capaz de operar sobre sequeˆncias de fa´cies
sedimentares. Em relac¸ a˜o a este ponto, [
A ontologia de dom´ınio utilizada [
3http://www.cs.waikato.ac.nz/ml/weka/ Figura 4. Representa c¸a˜ o dos procedimentos realizados na abordagem proposta.
Cada Fij representa uma fa´ cies j no corpo de rocha i. atributo. Ale´m disso, em nosso caso, o vetor v tambe´m possui uma posic¸a˜o especial que representa a relac¸a˜o temEstrutura entre a instaˆncia de fa´cies e uma instaˆncia de estrutura sedimentar. Esta posic¸ a˜o especial recebe como valor o tipo espec´ıfico da instaˆncia e de estrutura sedimentar relacionada a` fa´cies f . Assim, o dataset de treinamento e´ um conjunto V de vetores de caracter´ısticas v, cada qual representando uma instaˆncia f do conceito de fa´cies, descrita pela ontologia.
Figura 5. Representa c¸a˜ o do processo de conversa˜ o de instaˆ ncias de fa´ cies sedimentares em vetores de caracter´ısticas, considerando um conjunto reduzido de atributos.
Neste trabalho, apresentamos uma abordagem computacional para correlac¸a˜o litol o´gica automa´tica no dom´ınio da Estratigrafia Sedimentar. Esta abordagem esta´ alinhada a`s abordagens mais promissoras oferecidas pela literatura. A nossa principal contribuic¸a˜o reside no uso de uma ontologia de dom´ınio para conferir uma estrutura formal homogeˆnea a`s descric¸ o˜es dos objetos do dom´ınio. Assim, considerando que a ontologia captura de modo formal e expl´ıcito a conceitualizac¸ a˜o compartilhada pela comunidade, ela permite que os usua´rios descrevam os objetos do dom´ınio de um modo padra˜o, formal e com uma estrutura rica de informac¸ o˜es. Isto viabiliza o tratamento computacional destas descric¸ o˜es e permite que nossa abordagem processe informac¸o˜es sobre os objetos do dom´ınio de um modo que se aproxime da forma como os geo´logos os conceitualizam.
Na fase atual deste trabalho, com o aux´ılio de especialistas do dom´ınio, estamos coletando um conjunto de descric¸ o˜es de corpos de rocha reais. Nos pro´ximos passos deste projeto sera´ investigado como considerar a importaˆncia relativa dos atributos da fa´cies durante a clusterizac¸ a˜o, de um modo que seja poss´ıvel determinar similaridades geologicamente mais significativas entre fa´cies sedimentares.