مدل‌سازی میدان الکترومغناطیسی دریایی با استفاده از روش انتگرالی برپایه تقریب‌های خطی و غیرخطی

نوع مقاله : سایر مقالات

نویسندگان

1 فارغ التحصیل کارشناسی ارشد؛ موسسه ژئوفیزیک، دانشگاه تهران

2 استادیار؛ موسسه ژئوفیزیک، دانشگاه تهران

چکیده

روش‌های الکترومغناطیس (EM) نقش مهمی در مدلسازی مخازن هیدروکربنی زیردریایی ایفا می‌کنند. از جمله این روش‌ها، روش‌های الکترومغناطیس دریایی با چشمه کنترل شده (MCSEM) می‌باشد. در مقایسه با روش‌های لرزه‌نگاری سه‌بعدی که توانایی مدلسازی با دقت بالا را دارند، روش MCSEM به دلیل کاهش هزینه‌های بالای محاسباتی، مقرون به صرفه می‌باشد. رسانایی بالای آب دریا موجب کاهش ولتاژ جریانات مگنتوتلوریک (MT) می‌شود، لذا تصویرسازی مخازن زیردریایی با استفاده از روش MT فاقد تفکیک‌پذیری مناسب است. اغلب برای این مخازن از روش MCSEM استفاده می‌شود. در این تحقیق برای مدلسازی پیشرو یک مخزن هیدروکربنی مصنوعی با ساختار هندسی منظم و نامنظم از روش‌های انتگرالی استفاده شده است. توانایی داده‌های CSEM با گذر زمان، برای بررسی تغییرات بر رسانندگی الکتریکی بوسیله تزریق آب درون مخزن جهت ایجاد فشار برای استخراج نیز مورد بحث قرار گرفته است. هدف از انجام این تحقیق، توسعه تقریب‌های جدید به منظور حل معادلات انتگرالی (IE) سه‌بعدی داده‌های مصنوعی CSEM و اجتناب از حل معادلات انتگرالی کامل می‌باشد. برای حل معادلات انتگرالی کامل نیاز به کامپیوترهایی با حافظه و قدرت بالا می‌باشد، از این رو هزینه‌های محاسباتی افزایش می‌یابد، به همین دلیل برای حل معادلات انتگرالی در شرایط فرکانس پایین، از تقریب‌های متعددی از جمله تقریب ماتریس تی (TMA)، تقریب بورن توسعه یافته (EBA) و تقریب بورن (BA) استفاده می‌شود. روش‌های ذکر شده به صورت عددی، برای مدلسازی پیشرو داده-های مصنوعی MCSEM، در نرم افزار متلب پیاده‌سازی، و سپس نتایج با تقریب ماتریس تی مقایسه می‌شوند. با توجه به نتایج، روش ماتریس تی، دقت بهتر و دامنه کاربردی وسیع‌تری از نظر رسانایی الکتریکی دارد، بنابراین برای تباین‌های بالا دقیق‌تر می-باشد. TMA، تقریبا راه حل کامل معادله انتگرالی را برای میدان EM تقریب می‌زند. انتظار می‌رود EBA در مقایسه با BA، نتایج میدان‌های EM را برای محدوده‌ی وسیع‌تری از تباین رسانندگی‌ بین مدل مخزن و زمینه بهبود بخشد، اما نتایج BA نشان می‌دهد که این روش نیز توانسته با موفقیت مخازن مورد نظر را با تباین رسانندگی نسبتا بالا مدلسازی کند.

کلیدواژه‌ها


بیات، م.، 1398، مدل‌سازی پیشرو داده‌های الکترومغناطیس دریایی با چشمه کنترل شده با استفاده از روش انتگرالی و با رهیافت تقریب­های خطی و غیرخطی، پایان نامه کارشناسی ارشد، مؤسسه ژئوفیزیک دانشگاه تهران.
Abubakar, A. and Habashy, T.M., 2005, A Green function formulation of the Extended Born approximation for three-dimensional electromagnetic modelling, Wave Motion 41(3): 211-227.
Anderson, W.L., 1984, Computation of Green’s tensor integrals for three-dimensional electromagnetic problems using fast Hankel transforms, Geophysics, 49(10), pp.1754-1759.
Aster, R.C., Borchers, B. and Thurber, C.H., 2018, Parameter estimation and inverse problems, Elsevier.
Backus, G., 1988, Comparing hard and soft prior bounds in geophysical inverse problems, Geophysical Journal, 94, 249-261 1988.
Black, N. and Zhdanov, M.S., 2010, Active Geophysical Monitoring of Hydrocarbon Reservoirs Using EM Methods, 40: 135-159.
Cai, H., Hu, X., Li, J., Endo, M., Xiong, B., 2017. Parallelized 3D CSEM mode ling using edge-based finite element with total field formulation and unstructured mesh. Computers & Geosciences 99, 125–134.
Chew, W.C., 1999, Waves and Fields in Inhomogeneous Media, IEEE Press: 632.
Constable, S. and Weiss, C.J., 2006, Mapping thin resistors and hydrocarbons with marine EM methods: Insights from 1D modeling. Geophysics, 71(2), pp. G43-G51.
Cox, C., 1981, On the electrical conductivity of the oceanic lithosphere", Phys Earth Planet, in 25(3), 196-201.
Dunham, M.W., Ansari, S.M.m and. Farquharson, C/G., 2018, Application of 3D marine controlled-source electromagnetic finite-element forward modeling to hydrocarbon exploration in the Flemish Pass Basin offshore Newfoundland, Canada, GEOPHYSICS 83: WB33-WB49.
Everett, M.E., and Meju, M.A., 2005, Near-surface controlled-source electromagnetic induction, In Hydrogeophysics (pp. 157-183). Springer, Dordrecht.
Habashy, T.M. Groom, R.W. and Spies, B.R., 1993, Beyond the Born and Rytov approximations: a nonlinear approach to electromagnetic scattering: Journal of Geophysical Research, 98, 1759–1775.
Hohmann, G. W., 1988, Electromagnetic methods in applied geophysics: Volume 1, Theory, Edited by Misac N. Nabighian: Society of Exploration Geophysicists, Tulsa, Oklahoma.
Hudson, J.A. and Herritage, J.R., 1981, The use of the Born approximation in seismic scattering problems, Geophys. J.R. Astron. Soc., 66, 221−240.
Hursan, G. and Zhdanov, M.S., 2002, “Contraction integral equation method in three‐dimensional electromagnetic modeling”, Radio Science, 37(6).
Jakobsen, M., 2012, T-matrix approach to seismic forward modelling in the acoustic approximation, Studia Geophysica Et Geodaetica 56(1): 1-20.
Key, K., 2012, Marine electromagnetic studies of seafloor resources and tectonics, Surveys in geophysics, 33(1), pp.135-167.
Lawless, J. F. and Wang, P. 1976, A simulation study of ridge and other regression estimators, Communications in Statistics, A 5: 307–323.
Lien, M., & Mannseth, T. 2008, Sensitivity study of marine CSEM data for reservoir production monitoring, Geophysics, 73(4), F151-F163.
Peng, R., Hu, X., Li, J., Liu, Y., 2020, Finite Element Simulation of 3-D Marine Controlled Source Electromagnetic Fields in Anisotropic Media with Unstructured Tetrahedral Grids. Pure Appl. Geophys.
Tikhonov, A.N. and Arsenin, V.I., 1977, Solutions of ill-posed problems, Vol. 14.
Torres-Verdin, C. and Habashy, T. M., 1995, Rapid 2.5-dimensional forward modeling and inversion via a new scattering approximation, Radio Science, 29 (4), 10.
Yao, Y. Liming, S. and Shangxu, W., 2005, Research on the seismic wavefield of karst cavern reservoirs near deep carbonate weathered crusts, Appl. Geophys., 2, 94−102.
Yoon, D. Zhdanov, M. M. Ma ttsson, J. Cai, H. and Gribenko, A. 2016, A hybrid finite-difference and in tegral-equation method for model-ing and inversion of marine controlled-source electromagnetic data, Geophysics, vol. 81, no. 5, pp. E323–E336.
Wannamaker, Ph. E & et al, 1984, “Electromagnetic modeling of three-dimensional bodies in layered earths using integral equations”, GEOPHYSICS. VOL. 49. NO. I, P. 60-74.
Zhdanov, M.S., 2009, Geophysical electromagnetic theory and methods, Vol. 43, Elsevier.
Zhdanov, M.S. Lee, S.K. and Yoshioka, K., 2006, Integral equation method for 3-D modeling of electromagnetic fields in complex structures with inhomogeneous background conductivity: Geophysics, 71, G33–G345.
Zhou, F., Tang, J., Ren, Z. et al. A hybrid finite-element and integral-equation method for forward modeling of 3D controlled-source electromagnetic induction. Appl. Geophys. 15, 536–544 (2018).