GeoReservoir : an ontology for deep-marine depositional system description

Abstract

Ontology is the logical theory that accounts for a domain’s vocabulary intended meaning, which allows us to develop computational artifacts that explicitly and formally define the conceptualization associated with a particular set of vocabulary inside a domain. This master thesis presents the result of the ontological analysis of the terminology adopted in sedimentological studies and proposes a domain ontology to support the description of deep-marine depositional system geological occurrences. The domain in focus is of special interest primarily because of its economic importance: deep-marine deposits constitute the main type of petroleum reservoir explored nowadays in the world. Further on, the task in focus demands new approaches in conceptual modeling methodologies because the available terminology describes an interpretation of the studied occurrences instead of a rational description of the visually recognized objects. The ontological substrate helps in choose and define the precise vocabulary requested for the descriptive capturing of data. Therefore, the project aimed to collect and disambiguate the Geology terminology to describe reservoir occurrences in deep-marine depositional systems and build a domain ontology for reservoir description: the GeoReservoir. A team of professional reservoir geologists supported the knowledge acquisition process. We developed the ontology in iterative steps from an initial prototype to a complete taxonomy of entities, relations, and qualities, increasingly refined by the experts. The process implied the specialization of the concepts of two previously existent upper-level ontologies to build GeoReservoir: the Basic Formal Ontology (BFO) and the GeoCore ontology. This preexisting framework provided us the necessary structure and organization to focus our analysis in the domain, reducing the development effort. The resulting ontology includes a taxonomy of sedimentary units, lithologies, geological structures, and contact types. This ontology is complemented by a spatial relations ontology that formalizes the mereotopological relations of the described geological objects. The geological occurrences of Karoo turbidites in South Africa offer the data of a case study for testing and initial validation of the proposed ontology. The ontology is under continuous expansion through the inclusion of terminology for other depositional environments. A public accessible repository stores an implemented version of the model and the application case study.

Ontologia é a teoria lógica que contempla o significado pretendido do vocabulário de um domínio, permitindo o desenvolvimento de artefatos computacionais que definem a conceitualização associada ao vocabulário de maneira explícita e formal. Esta dissertação de mestrado apresenta o resultado da análise ontológica da terminologia adotada em estudos de sistemas deposicionais marinhos profundos e propõe uma ontologia de domínio para suportar a descrição destas ocorrências geológicas. O domínio em foco é de especial interesse por conta de sua importância econômica: depósitos marinhos profundos constituem o principal tipo de reservatório de petróleo nos dias atuais. Além disto, a tarefa em foco demanda novas abordagens em modelagem conceitual porque a terminologia disponível descreve uma interpretação das ocorrências estudadas ao invés de uma descrição racional dos objetos visualmente reconhecidos. O substrato ontológico auxilia na escolha e definição precisa do vocabulário necessário para a captura descritiva dos dados. Sendo assim, o projeto teve como objetivo a captura e desambiguação de termos geológicos utilizados para descrever ocorrências de reservatórios e o desenvolvimento de uma ontologia de domínio: a GeoReservoir. Este projeto contou com o suporte de um time de geólogos de reservatório profissionais. A ontologia foi desenvolvida em passos iterativos, desde um protótipo inicial até uma taxonomia completa de entidades, relações e qualidades, refinados de forma incremental pelos especialistas. O processo implicou na especialização dos conceitos de duas ontologias previamente existentes: a Basic Formal Ontology (BFO) e a ontologia GeoCore. Este arcabouço preexistente proveu a estrutura e organização necessários para manter o foco da análise no domínio de interesse, reduzindo o esforço de desenvolvimento. A ontologia resultante inclui uma taxonomia de unidades sedimentares, litologias, estruturas geológicas e tipos de contatos. Esta ontologia é complementada por uma ontologia de relações espaciais que formaliza as relações mereotopológicas dos objetos geológicos descritos. Este trabalho inclui um estudo de caso para teste e validação inicial da ontologia proposta. A ontologia está sob expansão contínua através da inclusão das terminologias de outros ambientes deposicionais.