Description:

"специальная тема first break том 25, Август 2007 Экологическая и инженерная геофизика Моделирование обратной задачи просадки поверхности для улучшения понимания строения недр Земли. Inverse modelling of surface subsidence to better understand the Earths subsurface Peter A. Fokker,1,2 Annemarie G. Muntendam-Bos,2 и Ingrid C. Kroon2 демонстрируют что с использованием тщательно разработанной схемы инверсии можно ввести количественные ограничения в имеющиеся данные о геологии и динамике коллектора на основании наблюдений просадки. Просадка поверхности может иметь значительные последствия. Классическим примером является морское дно tнад месторождением Ekofisk, на акватории Норвегии, там где избыточная просадка привела к необходимости поднятия буровой платформы на 6 м в 1980х. В наземных условиях просадка может существенно увеличить риск повреждения построек и инфраструктуры. Но о просадке необходимо сказать подробнее. Наблюдения за просадкой также могут дать нам лучшее понимание процессов в недрах, таких как поведение коллектора при сжатии, и могут рассказать нам больше о самом коллекторе: о неосушенных отделениях коллектора или сопротивлении водоносных горизонтов. Однако для получения информации из данных о просадке необходимо тщательно проводить процедуру инверсии. Выполнение инверсии - огромная задача, при выполнении которой необходимо использовать все имеющиеся знания в наибольшем объеме. В данной статье мы сообщаем о работе недавно проведенной в данной области. Методология Теории основанные на законах физики позволяют нам делать предсказания: при заданном полном описании физической системы мы можем предсказывать какие значения могут быть получены в результате некоторых измерений. Эта задача часто называется прямой задачей. Обратная задача состоит в использовании измерений для получения значения параметров, характеризующих систему. Mencke (1989) и Tarantola (2005) описывают значения и теории моделирования обратной задачи в деталях. В обратной задаче измерениями являются данные о просадке. Для получения параметров модели мы рассматриваем как глубинные, так и малоглубинные причины просадки: сжатие коллектора давление в коллекторе уровень грунтовых вод и степень окисления малоглубинных торфяников. Нашей целью является выделение и количественная оценка глубинных и малоглубинных причин просадки в процедуре с временным разрешением. Для того чтобы была возможность произвести оценку параметра обращения в целях выявления глубинных и малоглубинных причин просадки поверхности необходимо задать прямое соотношение между каждым процессом и получаемым погружением поверхности. Малоглубинное сжатие может быть вызвано просадкой артезианского напора и или уровня грунтовых вод (например Schothorst, 1979; Schmidt and Burgmann, 2003). В нашей работе мы используем удобный и быстрый для расчетов 1D подход который описывает сжатие эмпирически детали смотрите в Brem mer et al., 2003. Окисление торфяников моделируется путем использования постоянной скорости окисления для сухих торфяников которое учитывает получающееся уменьшение мощности окисленных сухих торфяников со временем. Переход сжатия слоев и окисления торфяников к просадке поверхности считается событием мгновенным и в основном локальной значимости (Рис. 1). Причиной того что эксплуатация углеводородов вызывает просадку грунта и морского дна является то что уменьшение давления вызывает сжатие коллектора. Вследствие упругих свойств покрывающих пород сжатие коллектора передается на поверхность практически мгновенно. Хотя ввиду того что разрез упругий просадка развивается на большей области чем область сжатия коллектора. Область затронутая процессом практически такая же как глубина коллектора (Рис. 1). Таким образом просадка в каждой точке является результатом сжатия в огромной области коллектора. Мы использовали подход функции влияния или функции Грина для построения прямого моделирования которое описывает данный процесс детали смотрите Fokker and Orlic, 2006. Прямое соотношение между глубинным и малоглубинным сжатием с одной стороны и просадкой поверхности с другой стороны можно объединить в векторно-матричное уравнение d_Gm где G представляет собой прямую модель m - параметры модели (сжатие) и d - наблюдения по просадке поверхности. Простая инверсия этого уравнения однако не всегда дает осмысленный результат поскольку решение обратной задачи может быть не единственно или небольшие вариации в измерениях могут вызывать большие вариации в модели. Таким образом мы приняли процедуру инверсии которая учитывает все доступные знания - не только данные по наблюденной просадке. Эти данные совмещаются в априорной модели m0 матрице ковариации априорной модели C и матрице ковариации данных Cd. Диагональные элементы в Cm и Cd представляют собой отклонение (квадратичную ошибку) модели и данных; ненулевые недиагональные элементы (ковариации) являются численной оценкой ожидаемых пространственных и временных соотношений между блоками сетки (в Cm) и между точками наблюдения (в Cd). Поскольку временная зависимость явно входит в задачу инверсии метод может справляться с большим числом точек добавляемых при наблюдениях более поздних съемок и также с тем что все точки не обязательно включать в каждую съемку. Новые включенные точки будут обрабатываться тем же способом что и все другие точки данных со времени первого наблюдения и далее. Для каждой точки которая отсутствует в одной или более съемок разность между измерениями во время съемок и следующей съемкой вслед за пропуском в измерениях разбрасывается на все промежуточные модели. Это обеспечивает то чтобы все имеющиеся данные и априорная информация о модели строения использовались оптимально. Неучтенные причины просадки Для того чтобы показать как взаимодействуют между собой глубинные и малоглубинные причины просадки мы построили статическую синтетическую модель Рисунок 3 Оценочная модель и соответствующая просадка поверхности для инверсии в предположении только глубинного сжатия с погрешностью (a) 0.1 м (b) 0.32 м и (c) 1 м Для сравнения показана исходная сетка просадки. (c) 2007 EAGE first break том 25, Август 2007 Экологическая и инженерная геофизика Рисунок 4 Оценочное падение давления как функции времени полоса в результате инверсии использующей полную матрицу ковариации априорной модели Отметим относительную гладкость водонасыщенного слоя при резком контакте газ вода и разломах." Ключевые слова: break, измерение, процесс, временной, сжатие, элемент, fokker, геофизик, задать, метод, break август, синтетический, априорный, получение, иметься, ожидать, торфяник, отклонение, инверсия, смотреть, параметр, surface, использовать, использование, рисунок, eage, образ, schmidt, давление, оценка, tno, оценочный, август, инженерный, пространственный, глубинный, просадка, падение, малоглубинный сжатие, область, экологический, инженерный геофизик, наблюденный просадка, оценочный падение, геологический, тема, имеющийся, блок сетка, морской дно, получить, процедура, surface subsidence, априорный модель, съемка, специальный тема, subsidence, показать, глубинный малоглубинный, геологический информация, причина, тема экологический, модель, результат, тщательный, значительный, экологический инженерный, сетка, ошибка, процедура инверсия, причина просадка, kroon, вызывать, houtenbos, соотношение, наблюдение просадка, muntendam-bos, schothorst, значение, блок, поверхность, специальный, окисление, зависимость, обратный задача, ковариация, падение давление, матрица ковариация, малоглубинный, моделирование, восточный, netherlands, точка, сжатие коллектор, необходимый, матрица, наблюдение, коллектор, априорный информация, деталь, вода, функция, иметься дать, задача, проницаемость, глубинный сжатие, информация, существенный, полный, изменение, небольшой, съёмка, схема, просадка поверхность, отметить, обратный, ограничение, дать, прямой