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Construction d’un premier modèle 3D des unités stratigraphiques des Basses-Terres du Saint-Laurent à Bécancour, Québec1 1 2 1 1 1Maxime Claprood *, Elena Konstantinovskaya , Karine Bédard , Mathieu Duchesne , Bernard Giroux , Erwan Gloaguen , Michel Malo
1Institut National de la recherche scientifique Centre Eau, Terre et Environnement (INRS-ETE), 490, rue de la Couronne, Québec G1K 9A9, Québec, Canada; *E-mail: [email protected] Survey of Canada (Québec), 490, rue de la Couronne, Québec G1K 9A9, Québec, Canada;
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Résumé unités stratigraphiques sont comparées de façon semi-quantitative aux diagraphies acoustiques (DT) et de rayons gamma (GR) afin de construire les tables de conversion Les aquifères salins de la région de Bécancour (Québec) sont analysés pour estimer leur potentiel pour la séquestration géologique du CO2 (CSC). La caractérisation des temps-profondeur.aquifères salins profonds est une étape essentielle pour satisfaire les critères de performance en vue d'une éventuelle séquestration géologique sécuritaire du CO2. Cette En utilisant les horizons stratigraphiques et les failles identifiés sur les profils sismiques 2D, les unités stratigraphiques sont interpolées pour former un modèle géologique 3D en caractérisation s'attarde à la continuité de la roche de couverture et la distribution spatiale des zones poreuses et perméables dans les réservoirs potentiels. Trente lignes temps. En utilisant les tables de conversion temps-profondeur déterminées aux 11 puits, il faudra cokriger les données sur les profondeurs des unités stratigraphiques sismiques après-sommation et onze puits sont utilisés pour construire un premier modèle 3D des unités stratigraphiques des Basses-Terres du Saint-Laurent dans la région de identifiées sur les diagraphies et sur la géométrie des horizons modélisés en temps pour obtenir un premier modèle 3D en profondeur. Ce modèle 3D servira de scénario de Bécancour. Les données sismiques permettent de délimiter dans le domaine du temps les étendues latérales et verticales des formations contenant des aquifères salins et base à l'intérieur duquel des distributions spatiales de perméabilité et de porosité seront générées par simulation géostatistique. Ils serviront aussi de modèle d'entrée dans les d'interpréter la géométrie des structures géologiques. Compte tenu de la faible densité et de la qualité variable des données sismiques, les signatures sismiques de certaines simulateurs d'écoulement multi-phases afin de prévoir le comportement dynamique du réservoir face à l'injection de CO2.
1 - INTRODUCTION
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3 groupes géologiques sont visés pour la séquestration géologique du CO2 dans la région de Bécancour: les carbonates du Groupe de Trenton, les dolomies massives et grès dolomitiques du Groupe du Beekmantown, et les grès du Groupe de Potsdam (Clark et Globensky, 1976; Konstantinovskaya et al, 2009).Le Shale d’Utica est déposé au-dessus du Groupe de Trenton et agit comme roche couverture des aquifères. Plusieurs centaines de mètres de grès et shales interlités du Groupe de Lorraine complètent la séquence stratigraphique.Cette affiche présente les étapes nécessaires à la construction d’un premier modèle 3D des unités stratigraphiques des Basses-Terres du Saint-Laurent à partir de profils sismiques 2D après-sommation et de diagraphies en forage.
8 - CONCLUSION
10 - REMERCIEMENTS
Les données géophysiques disponibles à Bécancour sont utilisées pour bâtir un premier modèle géologique 3D, qui permettra d’évaluer les critères de performance d’une éventuelle séquestration géologique sécuritaire du CO2. Trois groupes géologiques sont visés pour la séquestration géologique du CO2 dans la région de Bécancour: les carbonates du Groupe de Trenton, les dolomies massives et grès dolomitiques du Groupe du Beekmantown, et les grès du Groupe de Potsdam. Les horizons stratigraphiques des carbonates du Trenton, et des dolomies du Beekmantown possèdent des signatures spécifiques facilitant leur identification sur les profils sismiques. Ces mêmes unités géologiques sont également identifiées sur les différentes diagraphies, permettant de créer des tables de conversion de vitesse afin de bâtir un modèle géologique dans le domaine de la profondeur.
Ce modèle 3D servira de scénario de base à l'intérieur duquel des distributions spatiales de perméabilité et de porosité seront générées par simulation géostatistique. Ces différents scénarios de propriétés hydrauliques serviront également à quantifier l'incertitude sur le volume et la capacité du réservoir de Bécancour. Ils serviront aussi de modèle d'entrée dans les simulateurs d'écoulement multi-phases afin de prévoir le comportement dynamique du réservoir face à l'injection de CO2.
Claprood, M., Konstantinovskaya, E.A., Duchesne, M., Giroux, B., Gloaguen, E., Malo, M., Massé, L., and Lavoie, J., 2010, Joint sonic log - 2D seismic analysis to model the petro-physical properties of aquifers for CO2 storage in the Bécancour area, Québec, Canada: Conférence GeoCanada 2010, Working with the Earth, Calgary, Canada, Mai 10-14.
Clark, T.H. and Globensky, Y., 1976, Région de Bécancour et partie nord-est de la région d'Aston - Bécancour area and northeastern part of Aston area: Geological report No.165, Ministère des Richesses Naturelles - Geological Exploration Service, 66 pages.
Dubrule, O., 2003, Geostatistics for seismic data integration in earth models: Distinguished Instructor Series no.6, sponsored by Society of Exploration Geophysicists, European Association of Geoscientists & Engineers.
IPCC, 2005, In: Metz, B., Davidson, O., de Coninck, H.C., Loos, M., and Meyer, L. (Eds), IPCC Special Report on Carbon Dioxide Capture and Storage, Prepared by Working Group III of the Intergovernmental Panel on Climate Change, Cambridge, UK, Cambridge University Press, 442 pages.
Konstantinovskaya, E.A., Rodriguez, D., Kirkwood, D., Harris, L.B., and Thériault, R., 2009, Effects of basement structure, sedimentation and erosion on thrust wedge geometry: An example from the Quebec Appalachians and analogue models: Bulletin of Canadian Petroleum Geology, 57, 34-62.
Konstantinovskaya, E.A., Claprood, M., Duchesne, M., Malo, M., Bédard, K., Giroux, B., Massé, L., and Marcil, J.-S., 2010, Preliminary geological and geophysical study of a potential CO2 storage site in deep saline aquifers of the Bécancour area, St. Lawrence Lowlands, Québec: Conférence GeoCanada 2010, Working with the Earth, Calgary, Canada, Mai 10-14.
Cette étude est réalisée grâce au support financier du Ministère du Développement Durable, de l'Environnement et des Parcs du Québec. Nous remercions grandement JUNEX Inc. pour nous donner accès aux données sismiques et de diagraphies. Le logiciel d’interprétation sismique utilisé dans cette étude nous est fourni par Seismic Micro-Technology.
9 - REFERENCES
Figure 1a) Localisation de Bécancour, Québec.
Acknowledgements
Cette recherche est réalisée grâce au support financier du Ministère du Développement Durable, de l'Environnement et des Parcs du Québec, nous remercions JUNEX Inc. pour nous donner accès aux données sismiques et aux diagraphies de forage. Nous remercions Seismic Micro-Technology pour nous donner accès au logiciel d ’interprétation sismique utilisé dans ce projet.
2 - MÉTHODOLOGIE
Étape 1
Étape 2
Étape 3 - (en cours)
Étape 4 - (en cours)
Étape 5 - (à compléter)
Pointé des horizons géologiques sur les profils sismiques 2D dans le domaine du temps.
Création des tables de conversion temps-profondeur en utilisant les diagraphies acoustique et de rayon gamma.
Modélisation des unités géologiques dans le domaine du temps pour bâtir un 1er modèle dans l ’espace (x, y, t).
Cokrigeage des toits de formation évalués en profondeur avec les unités géologiques en temps comme données secondaires.
Modélisation des unités géologiques en profondeur, et construction du 1er modèle géologique 3D dans l’espace (x, y, z).
3 - Étape 1: Pointé des Horizons Géologiques sur Profils Sismiques
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Pointer les horizons géologiques et les éléments structuraux en temps-double (TWT, two-way time) sur les données après-sommation de 30 profils sismiques acquis dans la région de Bécancour.
Certains horizons stratigraphiques possèdent des signatures sismiques reconnaissables sur les profils sismiques, correspondant aux unités strat igraphiques ident i f iées sur les diagraphies de forage (Konstantinovskaya et al., 2010).
Séquence de réflexions pointées sur la Figure 2 (ci-bas) représente les unités stratigraphiques suivantes:
les Shale d’Utica en vert foncé,les carbonates du Trenton en bleu foncé (réflexions sismiques de faible amplitude et faible cohérence),les Groupes du Chazy - Black River (bleu pâle) et du Beekmantown (dolomie massive en mauve et grès dolomitiques en rose), et les grès de la Formation du Cairnside (jaune) comme trois réflexions de forte amplitude.
Calculer le coefficient de corrélation entre les traces synthétique et
observée
- plusieurs solutions possibles quand la diagraphie DT est enregistrée sur un intervalle de profondeur restreint.
- imprécision sur l’estimation finale des chartes TD.
Filtrer la diagraphie acoustique par moyenne courante et calculer les
vitesses sismiques
Filtrer la diagraphie de densité par moyenne courante
Multiplier les diagraphies de vitesse et de densité pour
obtenir l’impédance acoustique
Calculer les coefficients de réflexion à partir de l’impédance acoustique
Convoluer les coefficients de réflexion avec une ondelette
sismique pour obtenir une trace sismique synthétique
Lier la trace synthétique avec les réflexions appropriées sur la trace
sismique observée
Utiliser les toits de formation identifiés sur autres diagraphies (GR)
pour lier la trace synthétique à la
signature sismique des unités géologiques
2 possibilités
- meilleure identification des réflexions sur les profils sismiques.
- précision améliorée sur l’estimation finale des chartes TD.
4 - Étape 2: Création de Tables de Conversion Temps-Profondeur
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Les toits des formations géologiques sont identifiés par l’interprétation des diagraphies disponibles à Bécancour:
Diagraphies acoustiques (DT) pour créer les tables de conversions temps-profondeur (Chartes TD) et lier les données sismiques acquises en temps doubles avec les diagraphies enregistrées en profondeur;Chartes TD pour générer des traces sismiques synthétiques qui sont comparées aux traces observées à proximité des forage;Les diagraphies GR étant plus sensibles que les diagraphies DT aux variations de lithologie, elles sont considérées comme un meilleur outil pour localiser les changements de lithologie sur les données sismiques disponibles à Bécancour (Claprood et al., 2010).
Figure 3. Table de conversion temps-profondeur au forage A198 (Figure 1b) créée avec l’aide de la diagraphie GR (Figure 4). Lignes pointillées sont les toits de formation identifiés sur les diagraphies, avec le même code de couleur que sur la Figure 2.
NOTE CONCERNANT LES TABLES DE CONVERSION TEMPS-PROFONDEUR GÉNÉRÉES À BÉCANCOUR
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La méthode traditionnelle pour convertir les données sismiques acquises en temps-double dans le domaine de la profondeur est de faire une analyse de vitesse, en utilisant les données avant-sommation ou des profils sismiques verticaux (PSV).
Seules les données sismique après-sommation sont disponibles à Bécancour, et aucun levé PSV n’a été effectué en cette date.
Il est prévu d’acquérir et de traiter les données avant-sommation de certaines lignes sismiques acquises dans la région de Bécancour pour effectuer une analyse de vitesse plus précise de la région.
Le modèle géologique sera modifié pour tenir compte des nouvelles données lorsqu’elles seront disponibles.
Figure 2b. Profil sismique identifié L2 sur la Figure 1b.
Figure 4. Diagraphie GR au forage A198 pour lier la trace synthétique à la trace observée.
5 - Étape 3: Modélisation des Horizons Géologiques en Temps
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Horizons pointés sur 30 profils sismiques sont utilisés comme données initiales pour délimiter les étendues horizontales et verticales des unités stratigraphiques.
Les principaux éléments structuraux de la région de Bécancour sont aussi identifiés sur les profils sismiques.
La Figure 5 ci-bas montre les pointés des horizons géologiques et de la Faille de Yamaska identifiés sur les profils sismiques.
6 - Étape 4: Cokrigeage des Toits de Formations en Profondeur avec les Horizons Géologiques Modélisés en Temps
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Toits de formation identifiés sur un maximum de 11 forages en profondeur, et évalués en temps par les chartes TD, servent de données principales pour l’interprétation des surfaces dans le domaine de la profondeur (Figure 7a).
Les unités stratigraphiques modélisées en temps sont les données secondaires de cokrigeage et servent à représenter les variations spatiales des unités (Figure 7b).
Le cokrigeage ou le krigeage par dérive externe sera utilisé pour passer du domaine du temps au domaine de la profondeur (Dubrule, 2003).
7 - Étape 5: Construction du Premier Modèle Géologique en Profondeur
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L’hypothèse d’un modèle de vitesse constant dans la région de Bécancour est nécessaire pour la construction du premier modèle géologique en profondeur. Cette hypothèse pourra être confirmée ou infirmée par une analyse de vitesse plus complète sur des données sismiques avant-sommation.
Ce modèle devra pouvoir être adapté pour inclure de nouvelles données géophysiques que nous souhaitons acquérir dans un avenir rapproché.
Ce modèle 3D servira de scénario de base à l'intérieur duquel des distributions spatiales de perméabilité et de porosité seront générées par simulation géostatistique:
Ces scénarios équiprobables de propriétés hydrauliques permettront de connaître l'incertitude sur le volume et la capacité du réservoir de Bécancour. Ils serviront aussi de modèle d'entrée dans les simulateurs d'écoulement multi-phases afin de prévoir le comportement dynamique du réservoir face à l'injection de CO2.
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Les unités stratigraphiques sont interpolées pour obtenir des surfaces dans l’espace (x, y, t) par l’interpolateur DSI (Discrete Smooth Interpolator) de la suite Gocad - SKUA.
L’interpolateur DSI se veut l’outil idéal pour modéliser des surfaces avec des données éparses et très denses dans certaines directions comme données initiales.
Les 9 unités stratigraphiques identifiées à Bécancour seront modélisées simultanément, en tenant des principes de superposition régissant les Basses-Terres du Saint-Laurent.
Les rejets aux différentes failles seront pris en compte.
Ce modèle permettra d’obtenir le premier modèle 3D dans le domaine du temps à Bécancour, qui sera utilisé comme données secondaires pour le cokrigeage des toits de formation aux forages dans le domaine des profondeurs.
La Figure 6 ci-bas montre l’unité modélisée du Beekmantown (Formation du Beauharnois) et la Faille modélisée de Yamaska.
Figure 7a. Données principales de cokrigeage. Figure 7b. Données secondaires ou dérive externe de cokrigeage.
Étapes pour la création de Chartes TD(a)
Figure 2a. Profil sismique identifié L1 sur la Figure 1b. Diagraphies acoustique (rouge) et de rayon gamma (jaune et vert) aux forages situés à proximité du profil sismique.
grès du Potsdam (Cairnside)
grès du Potsdam (Covey Hill)
Socle de Grenville
grès dolomitiques du Beekmantown (Theresa)dolomies du Beekmantown (Beauharnois)
Groupes du Black River - Chazy
Carbonates du Trenton
shales et carbonates de l’Utica Inf - Trenton Sup
shales d’Utica
Figure 5. Horizons pointés sur les lignes sismiques à Bécancour.
sphères grises: pointés de la Faille de Yamaska
code de couleur des horizons est le même que celui de la Figure 2
axe vertical: temps-double (ms)
Figure 6. Unité stratigraphique du Beekmantown, Formation du Beauharnois, modélisée à partir des pointés sismiques des horizons (Figure 5).
TWT (ms)
axe vertical: temps-double (ms)
échelle de couleur représente la profondeur de la surface modéliséeen temps-double (bleu: temps courts; rouge; temps élevés)
région à l ’étude
forages où le toit de la formationBeekmantown - Beauharnois a étéidentifié sur les diagraphies
Surface modélisée de la formation Beekmantown - Beauharnois à l’aide des pointés sismiques
A198
(b) N
L1
L2
Lignes bleues:profils sismiques 2D
région modélisée
Points bleus:Forages utilisés dans le modèle 3D
Figure 1b) Carte en temps-double du socle de Grenville dans la région de Bécancour.
saut GRassocié à la base des carbonates du Trenton
réflexion associée à la base des carbonates du Trenton
Faille de Yamaska modélisée à partir des pointés sismiques de la Figure 5.
