Ραντάρ εδάφους διείσδυσης και το δυναμικό του για εικόνα υπόγεια:Εφαρμογή στη μελέτη των αρχαίων υπόγειων κοιτασμάτων και των επιπτώσεων για τον χαρακτηρισμό της δεξαμενής πετρελαίου

Εισαγωγή

Το ραντάρ διείσδυσης εδάφους (GPR) είναι ένα γεωφυσικό εργαλείο που επιτρέπει την απεικόνιση του ρηχού υπεδάφους (βάθους 1-70 m) σε σχετικά υψηλή ανάλυση (από κλίμακα cm έως κλίμακα 100 m). Η μέθοδος βασίζεται στην έγχυση ενός ηλεκτρομαγνητικού ρεύματος στο έδαφος, το οποίο ανακλάται από επιφάνειες/χαρακτηριστικά με διαφορετικές ηλεκτρικές ιδιότητες και λαμβάνεται από μια κεραία πίσω στην επιφάνεια (Neal et al., 2002). Έχει χρησιμοποιηθεί εκτενώς ως μη επεμβατική και γρήγορη μέθοδος στην αρχαιολογία, τις αστικές κατασκευές και τις εγκληματολογικές επιστήμες. Στη στρωματογραφία και την ιζηματολογία, το GPR μπορεί να προσφέρει μια μοναδική άποψη της αρχιτεκτονικής και του εσωτερικού χαρακτήρα των αρχαίων εναποθέσεων και διαβρωτικών χαρακτηριστικών, ειδικά σε πλούσιες σε άμμο κοιτάσματα όπου η ειδική αντίσταση είναι κυρίως υψηλή.

Στην παρούσα έρευνα που δημοσιεύτηκε στο Sedimentary Geology , το GPR χρησιμοποιήθηκε ως βάση για τον προσδιορισμό της κατανομής, των ελέγχων εναπόθεσης και της εξέλιξης των παράκτιων συστημάτων του Τεταρτογενούς στην κεντρική λεκάνη Santos, νοτιο-νοτιοανατολική Βραζιλία. Επιπλέον, τα αποτελέσματα μπορούν να χρησιμοποιηθούν για αναλογικές μελέτες στη βιομηχανία πετρελαίου, καθώς παρέχουν μια ενδιάμεση κλίμακα οπτικοποίησης μεταξύ υψηλής ευκρίνειας και χαμηλής ανάλυσης βαθιά γεωφυσικά εργαλεία, όπως τα σεισμικά.

Η βάση δεδομένων περιελάμβανε 108 τμήματα GPR που καλύπτουν μια περιοχή περίπου 310 km², που αποκτήθηκαν με μια κεραία 200 MHz από την Geophysical Survey Systems Inc. (GSSI SIR-3000) με τη χρήση της μεθόδου Common Offset. Η ερμηνεία των ρανταργραμμάτων βασίζεται στον προσδιορισμό των φαινομένων ραντάρ, δηλαδή των μοτίβων ανακλάσεων και των τερματισμών ανάκλασης. Ενώ τα ραντάρ οδηγούν στη γεωλογική ερμηνεία εναποθέσεων και/ή διαβρωτικών στοιχείων, τα μοτίβα τερματισμού ανάκλασης επιτρέπουν την ερμηνεία της εξέλιξης των συστημάτων εναπόθεσης.

Γεωλογικό πλαίσιο

Η λεκάνη του Σάντος βρίσκεται στο νοτιοανατολικό ηπειρωτικό περιθώριο της Βραζιλίας, με την εξέλιξη που σχετίζεται με τη διάσπαση της Γκοντβάνα στην πρώιμη Κρητιδική περίοδο και την ανάπτυξη ενός παθητικού περιθωρίου από την Αλβανία μέχρι σήμερα. Το Τεταρτογενές αρχείο της λεκάνης εκτίθεται στην παράκτια επαρχία Paraná, με μια παράκτια πεδιάδα που διαιρείται από τα οπισθοδρομικά εμπόδια του Πλειστόκαινου και του Ολόκαινου και τις παλαιολαγουνικές αποθέσεις (Angulo and Lessa, 1997; Souza et al., 2012). Το φράγμα του Πλειστόκαινου σχετίζεται με μια θαλάσσια παλινδρόμηση που ξεκίνησε 120 kBP και διακόπηκε από μια φάση ανόδου της στάθμης της θάλασσας που έφτασε το μέγιστο 5 k BP. Μετά από αυτήν την παράβαση, οι συνθήκες παλινδρόμησης αποκαταστάθηκαν και το φράγμα του Ολόκαινου κατασκευάστηκε από το 5 kBP έως σήμερα (Angulo και Lessa, 1997).

Ραντάρφαση και ενώσεις

13 ραντάρ ερμηνεύτηκαν από τα ρανταργράμματα, ως ζώνες με παρόμοια μοτίβα ανακλαστήρων λαμβάνοντας υπόψη τις γεωμετρίες, το μέγεθος, τη συνέχεια, το πλάτος, τη συχνότητα, τους τερματισμούς και τις οριοθετημένες επιφάνειες. Η ερμηνεία τους βασίζεται στη συσχέτιση αυτών των χαρακτηριστικών με κοιτάσματα που εκτίθενται σε προεξοχές κατά μήκος της ακτής και αλλού. Επιπρόσθετα, ερμηνεύτηκαν τοπικές και περιφερειακές επιφάνειες αποκοπής, καθώς σχετίζονται με διαβρωτικές διεργασίες που επηρεάζουν επίσης τη δυναμική ενός συστήματος εναπόθεσης. Οι ομάδες των ραντάρ χωρίζονται σε δύο διαφορετικές διαδοχές θαλάσσιας μετανάστευσης παράκτιων συστημάτων και χωρίζονται μεταξύ τους από μια περιφερειακή επιφάνεια αποκοπής. Η άνω διαδοχή έχει πάχος έως και 15 μέτρα, ενώ η κάτω διαδοχή δεν απεικονίστηκε πλήρως.

Μοντέλο κατάθεσης

Τα Radarfacies ομαδοποιήθηκαν σε τρεις ενώσεις που υποδεικνύουν την ανάπτυξη φραγμένων παράκτιων συστημάτων με εναπόθεση και εξέλιξη ελεγχόμενη από τη δράση των κυμάτων και των μακρινών κυμάτων ρευμάτων. Οι κύριες υπογραφές ραντάρ σχετίζονται με την αναβάθμιση των κοιτασμάτων της παραλίας, ενώ άλλα ραντάρ σχετίζονται με υποαέρια και υποπαλιρροϊκά στρώματα. Οι εσωτερικές περικοπές μεταξύ των αποθέσεων στο πρόσωπο της παραλίας αντιπροσωπεύουν σπασίματα απόθεσης που σχετίζονται με μεταβλητή περιβαλλοντική ενέργεια, που σχηματίζονται κατά τη διάρκεια επεισοδίων ανώμαλης ενέργειας που είχαν ως αποτέλεσμα τη διάβρωση της ακτής. Αυτή η ερμηνεία ενισχύεται από την ερμηνεία των σωμάτων απόθεσης που σχετίζονται με τις καταιγίδες σε εξάρσεις (Souza et al., 2012).

Ο πρώτος συσχετισμός ραντάρ αντιστοιχεί σε πλευρικά επιμήκεις πλούσιες σε άμμο κοιτάσματα με ένα προοδευτικό μοτίβο που μπορεί να συσχετιστεί με τις λωρίδες. Η εξέλιξη αυτών των φραγμένων ακτών έχει συχνά ως αποτέλεσμα τη δημιουργία εκτεταμένων παράκτιων πεδιάδων όπου η μετανάστευση αποθέσεων πίσω ακτής (υποθαλάσσιοι αμμόλοφοι), παράκτια (μέτωπο της παραλίας) και ακτές (ρηχά θαλάσσια) σχηματίζουν αμμώδεις σφήνες με επιφανειακή μορφολογία κορυφογραμμών και λυγμών. Οι μόνες εκφραστικές συγκεντρώσεις λάσπης και οργανικής ύλης εμφανίζονται μέσα στις λωρίδες, με τη μορφή ελών μεταξύ των κλώνων και/ή περιορισμένων ποταμών που εκτείνονται παράλληλα με την ακτή.

Η δεύτερη συσχέτιση ραντάρ αντιστοιχεί επίσης σε επιμήκεις κοιτάσματα με προοδευτικό μοτίβο, αλλά καταγράφεται επίσης μια μετανάστευση κανονική προς την κατεύθυνση της ακτής. Αυτές οι αποθέσεις, μικρότερες σε εμβαδόν σε σύγκριση με τις λωρίδες, ερμηνεύονται ως συστήματα εισόδου σούβλας που σχηματίζονται από τη μετανάστευση των παλιρροιακών καναλιών και των παράκτιων αμμωδών σωμάτων σε μακριές ακτές. Αν και τα κύματα είναι οι παράγοντες ελέγχου για την εξέλιξη τέτοιων συστημάτων, οι παλιρροϊκές διεργασίες παίζουν επίσης σημαντικό ρόλο στην εναπόθεση εντός των εισόδων, με αποτέλεσμα μια πιο λασπώδη και ετερογενή σύνθεση. Ο τρίτος συσχετισμός αντιστοιχεί σε ζώνες με διαφανή έως χαοτική διαμόρφωση, υποδεικνύοντας μια λασπώδη σύνθεση που οδηγεί σε χαμηλή ειδική αντίσταση. Οι αμμώδεις σφήνες που μεταναστεύουν προς την ξηρά συνδέονται με αυτές τις ζώνες. Η συσχέτιση ερμηνεύεται ως οπίσθιο φράγμα λιμνοθάλασσας με ανεμιστήρες που σχηματίζονται κατά τη διάρκεια επεισοδίων υψηλής ενέργειας όπως καταιγίδες.

Στρρωματογραφία και επιπτώσεις για ταμιευτήρες

Οι δύο διαδοχές ραντάρ που χωρίζονται από μια περιφερειακή επιφάνεια αποκοπής ερμηνεύονται ως στρωματογραφικές μονάδες που καταγράφουν διαφορετικά στάδια εξέλιξης της ακτής. Καθώς και οι δύο μονάδες είναι ουσιαστικά μεταναστευτικές προς τη θάλασσα, είναι το αποτέλεσμα ενός θετικού προϋπολογισμού ιζημάτων, που ελέγχεται στην περίπτωση αυτή από διεργασίες κυμάτων. Η επιφάνεια κολοβώματος υποδεικνύει μια περίοδο μερικής διάβρωσης της κάτω μονάδας και μετατόπισης της ακτογραμμής προς την ξηρά και συσχετίζεται με μια επιφάνεια ρεματιάς που σχηματίστηκε κατά την άνοδο της στάθμης της θάλασσας του Ολόκαινου, όταν η ακτή πλημμύρισε (Angulo και Lessa, 1997). Ως εκ τούτου, η κατώτερη διαδοχή αντιστοιχεί σε πλειστοκαινικές παλινδρομικές παράκτιες αποθέσεις, ενώ η ανώτερη διαδοχή αντιστοιχεί στην παλινδρόμηση του Ολόκαινου που διαρκεί μέχρι σήμερα. Οι δύο μονάδες είναι χονδροειδείς διαδοχές που χωρίζονται από μια υπερβατική επιφάνεια, επομένως αντιστοιχούν σε παρααλληλουχίες στη στρωματογραφική ταξινόμηση.

Οι παραακολουθίες θεωρούνται συνήθως ως οι βασικές μονάδες για μελέτες βαθέων υπεδάφους, καθώς οι διαστάσεις τους είναι συμβατές με την ανάλυση των εργαλείων που χρησιμοποιούνται για την οπτικοποίηση βαθιάς υπόγειας επιφάνειας (π.χ., Ainsworth, 2005). Οι παρααλληλουχίες που εντοπίστηκαν στην έρευνα είναι πλούσιες σε άμμο και πλευρικά επιμήκεις, που αποτελούν σημαντικά χαρακτηριστικά για τις δεξαμενές πετρελαίου. Ωστόσο, οι ετερογένειες με τη μορφή λασπώδους ιζήματος θα έβαζαν σε κίνδυνο την ποιότητα της δεξαμενής στο υπέδαφος (π.χ. Cook et al., 1999).

Στη βιομηχανία πετρελαίου, αυτοί οι τύποι ετερογένειας καταλήγουν σε διαμερισματοποίηση και σε διαφράγματα ή φραγμούς στη ροή του λαδιού. Οι παραακολουθίες στην περιοχή μελέτης συχνά περιορίζονται από συνεχείς λασπώδεις λιμνοθάλασσες που θα αντιπροσώπευαν σημαντικά εμπόδια σε μια δεξαμενή. Επιπρόσθετα, η διαψηφιοποίηση συστημάτων κλώνου και σούβλας στην ίδια παρασειρά συνεπάγεται εσωτερική διαμερισματοποίηση και σε διαφορετικά μονοπάτια διαπερατότητας, επηρεάζοντας τις τάσεις ροής.

Συμπεράσματα

Το GPR αποδείχθηκε ένα προσιτό και ευέλικτο εργαλείο για την απεικόνιση του ρηχού υπεδάφους, ειδικά σε περιοχές με κακή έκθεση και περιορισμένο υπόγειο έλεγχο. Τα αποτελέσματα καταδεικνύουν όχι μόνο τις δυνατότητές του να απεικονίζει σώματα ιζήματος στο υπέδαφος αλλά και τη δυνατότητα ερμηνείας της προέλευσης, της σύνθεσης, του πλαισίου εναπόθεσης, των διεργασιών εναπόθεσης και της εξέλιξης των ιζηματογενών συστημάτων.

Είναι επομένως ιδανικό για μελέτες στρωματογραφικής εξέλιξης αρχαίων συστημάτων εναπόθεσης, επιτρέποντας την ερμηνεία των τάσεων εναπόθεσης σχετικά υψηλής συχνότητας. Η βέλτιστη ανάλυση των δεδομένων ραντάρ σε αμμώδεις αποθέσεις το καθιστά επίσης μια πιθανή μέθοδο για τη λεπτομερή διερεύνηση αναλογικών ταμιευτήρων στη γεωλογία πετρελαίου, αντιπροσωπεύοντας μια ενδιάμεση κλίμακα οπτικοποίησης μεταξύ προεξοχών και βαθιών γεωφυσικών εργαλείων και προσθέτοντας ένα άλλο επίπεδο ετερογένειας για την αξιολόγηση ενός δεξαμενή πετρελαίου.

Αναφορές:

1. Ainsworth, R.B., 2005. Ανάλυση στρωματογραφικής βάσης ακολουθίας της συνδεσιμότητας ταμιευτήρα:επιρροή της αρχιτεκτονικής εναπόθεσης – μια μελέτη περίπτωσης από ένα οριακό θαλάσσιο περιβάλλον εναπόθεσης. Petroleum Geoscience 11, 257-276.
2. Angulo, R.J., Lessa, G.C., 1997. Οι καμπύλες της στάθμης της θάλασσας της Βραζιλίας:μια κριτική ανασκόπηση με έμφαση στις καμπύλες από τις περιοχές Paranaguá και Cananéia. Marine Geology 140, 141-166.
3. Cook, G., Chawanthé, A., Larue, D., Legarre, H., Ajayi, E., 1999. Incorporating sequence stratigraphy in reservoir simulation:an integrated study of the Meren E-01/MR-05 άμμος στο Δέλτα του Νίγηρα. SPE Reservoir Simulation Symposium #51892.
4. Neal, A., Pontee, N.I., Pye, K., Richards, J. 2002. Εσωτερική δομή αποθέσεων παραλίας μεικτής άμμου και χαλίκι που αποκαλύφθηκε χρησιμοποιώντας ραντάρ διείσδυσης στο έδαφος. Sedimentology 49, 789-804.
5. Souza, M.C., Angulo, R.J., Assine, M.L., Castro, D.L., 2012. Αλληλουχίες προσώπων σε ένα παλινδρομικό φράγμα που κυριαρχείται από την καταιγίδα του Ολόκαινου στην Praia de Leste, στη νότια Βραζιλία. Θαλάσσια Γεωλογία 291-294, 49-62.