Blog

Nov 29, 2023

La physique

Scientific Reports volume 13, Numéro d'article : 13133 (2023) Citer cet article 6798 Accès à 3 détails des métriques Altmetric Prévision à court terme de la magnitude maximale estimée (\({\widehat{M}}_{max}\))

Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 13133 (2023) Citer cet article

6798 Accès

3 Altmétrique

Détails des métriques

La prévision à court terme de la magnitude maximale estimée (\({\widehat{M}}_{max}\)) est cruciale pour atténuer les risques de sismicité induite lors de la stimulation des fluides. La plupart des méthodes précédentes nécessitent des données d’injection en temps réel, qui ne sont pas toujours disponibles. Cette étude propose deux approches d'apprentissage profond (DL), ainsi que deux méthodes de partitionnement des données, qui s'appuient uniquement sur des modèles de sismicité précédents. La première approche prévoit \({\widehat{M}}_{max}\) directement en utilisant DL ; la seconde intègre des contraintes physiques en utilisant DL pour prévoir le taux de sismicité, qui est ensuite utilisé pour estimer \({\widehat{M}}_{max}\). Ces approches sont testées à l’aide d’un ensemble de données de surveillance des fractures hydrauliques provenant de l’ouest du Canada. Nous constatons que le DL direct apprend des modèles de sismicité précédents pour fournir une prévision précise, bien qu'avec un décalage temporel qui limite son utilité pratique. L'approche basée sur la physique prévoit avec précision les changements du taux de sismicité, mais parfois sous-estime (ou surestime) \({\widehat{M}}_{max}\). Nous proposons qu'un dépassement significatif de \({\widehat{M}}_{max}\) puisse annoncer le début d'une rupture de faille incontrôlée.

La fracturation hydraulique (HF), une méthode de stimulation des fluides visant à améliorer la perméabilité en produisant des fractures dans les roches réservoirs à faible perméabilité1, produit généralement des microséismes (MEQ) avec une magnitude de moment MW < 0. Cependant, la HF peut également induire des tremblements de terre modérés (MW > 4)2. ,3,4,5,6, qui sont associés à l’activation de défauts préexistants7. L'obtention d'une estimation probabiliste de la plus grande magnitude d'événement attendue (\({\widehat{M}}_{max}\)) pour une opération HF donnée est importante pour l'évaluation des dangers8 et pourrait éclairer les stratégies proactives d'atténuation en temps réel de la sismicité induite qui sont requis dans certains systèmes de surveillance avancés9,10.

Diverses approches ont été développées pour estimer \({\widehat{M}}_{max}\) la sismicité induite par les fluides. Par exemple, la distribution attendue des magnitudes des tremblements de terre peut être exprimée en termes de volume net de fluide injecté (∆V) et d'indice sismogène (∑), un paramètre sismotectonique spécifique à une zone proposé qui caractérise le niveau d'activité sismique attendu en réponse au fluide. injection11. Cette expression a été utilisée pour développer une estimation probabiliste de la magnitude maximale12, qui évolue linéairement avec log10 ∆V. La même relation d'échelle volumétrique a été dérivée en utilisant une approche théorique différente, basée sur le critère d'équilibre des fissures de Griffith13. Ici, l'estimation de l'ampleur maximale s'applique au cas de rupture arrêtée, un concept dans lequel la zone de rupture de faille est confinée à une région souterraine dans laquelle la pression est perturbée par l'injection de fluide. Ce concept a également été utilisé pour développer une contrainte géométrique d'amplitude maximale, basée sur la distribution spatiale des MEQ14. Dans une autre formulation, le moment sismique maximal attendu pour un séisme induit par injection est exprimé comme le produit du module de cisaillement du milieu et du volume net de fluide injecté15. À l’exception de l’approche géométriquement contrainte14, qui nécessite la détermination des emplacements des hypocentres MEQ, toutes ces méthodes utilisent le volume net injecté ∆V comme paramètre d’estimation de \({\widehat{M}}_{max}\).

Pendant les opérations HF, les observations sismiques peuvent être utilisées pour identifier les MEQ opérationnels1 ainsi que les événements sismiques induits qui se produisent sur les failles à proximité16,17,18,19. Les MEQ opérationnels se produisent généralement en groupes qui s’étendent à l’écart du puits de forage, généralement perpendiculairement à la direction de la contrainte horizontale minimale20,21. Dans certains cas, une faille réactivée est caractérisée par une occurrence d'événement retardée par rapport à l'heure de début d'une étape d'injection, couplée à une orientation oblique des amas de sismicité par rapport aux principales directions de contraintes16,17,18,19. La réactivation des failles est souvent marquée par une augmentation du taux de sismicité, accompagnée d'une diminution de la valeur b de Gutenberg-Richter22,23. Bien que de tels changements dans le modèle spatio-temporel de la sismicité puissent être subtils, leur détection à l’aide de méthodes d’apprentissage profond (DL) pourrait ouvrir la voie à une amélioration des prévisions à court terme.