Abstract
This study utilises repeated numerical tests to understand the effects of variable near-surface conditions on time-lapse seismic surveys. The numerical tests were aimed at reproducing the significant scattering observed in field experiments conducted at the Naylor site in the Otway Basin for the purpose of $CO_2$ sequestration. In particular, the variation of elastic properties of both the top soil and the deeper rugose clay/limestone interface as a function of varying water saturation were investigated. Such tests simulate the measurements conducted in dry and wet seasons and to evaluate the contribution of these seasonal variations to seismic measurements in terms of non-repeatability. Full elastic pre-stack modelling experiments were carried out to quantify these effects and evaluate their individual contributions. The results show that the relatively simple scattering effects of the corrugated near-surface clay/limestone interface can have a profound effect on time-lapse surveys. The experiments also show that the changes in top soil saturation could potentially affect seismic signature even more than the corrugated deeper surface. Overall agreement between numerically predicted and in situ measured normalised root-mean-square (NRMS) differences between repeated (time-lapse) 2D seismic surveys warrant further investigation. Future field studies will include in situ measurements of the elastic properties of the weathered zone through the use of 'micro Vertical Seismic Profiling (VSP)' arrays and very dense refraction surveys. The results of this work may impact on other areas not associated with $CO_2$ sequestration, such as imaging oil production over areas where producing fields suffer from a karstic topography, such as in the Middle East and Australia.
본 연구는 시간차 탄성파 탐사에 대한 천부지하구조의 영향을 분석하기 위해 반복적인 수치모형실험을 이용하였다. 수치 실험의 목적은 Otway 분지에 있는 Naylor 지역에서 $CO_2$ 격리를 목적으로 수행 된 현장 실험에서 관찰된 주요한 산란파들을 재생성하는 것이다. 특히, 수포화도를 변화시켜 가면서 상부토양과 심부의 주름진 점토/석회암 경계면의 탄성 성질들의 변화를 관찰하였다. 이러한 실험을 통해서 건기 빛 우기 계절에 행해진 측정치를 모사하였고, 계절의 변화가 탄성파 측정에 미치는 영향을 비반복성 관점에서 평가하였다. 이 영향들에 대한 정량화와 각각의 기여도를 측정하기 위해서 탄성파 파동방정식을 이용한 수치모델링이 수행되었다. 수치모델링 결과는 천부의 점토/석회암의 주름진 경계면에서의 상대적으로 간단한 분산 효과등이 시간차 탐사에 대한 상당한 영향을 미침을 보여주었다. 또한, 상부 토양에서의 포화도의 변화는 심지어 심부의 주름진 경계면보다도 더 탄성파 신호에 잠재적으로 영향을 미칠 수 있다. 현장에서 측정된 반복된 (시간차) 2차원 탄성파탐사 자료들 사이의 정규화원 RMS(Root-mean-square) 차이와 수치적으로 계산된 차이와의 전체적인 일치는 더 많은 연구가 필요함을 알 수 있다. 향후 진행될 연구는 micro VSP 배영과 매우 조밀한 굴절법 탐사를 이용해서 풍화 지역의 탄성 성질을 현장에서 측정하는 것이다. 본 연구의 결과는 중풍이냐 호주와 같이 카르스트 지형으로 생산에 어려움이 따르는 지역의 석유 생산 영상화와 같은 $CO_2$ 지중격리와 상관이 없는 분야에도 효과가 있을 것이다.