Блог

Nov 29, 2023

Физика

Scientific Reports, том 13, номер статьи: 13133 (2023) Цитировать эту статью 6798 Доступов 3 Подробности об альтметрических метриках Краткосрочный прогноз предполагаемой максимальной магнитуды (\({\widehat{M}}_{max}\))

Том 13 научных отчетов, номер статьи: 13133 (2023) Цитировать эту статью

6798 Доступов

3 Альтметрика

Подробности о метриках

Краткосрочный прогноз предполагаемой максимальной магнитуды (\({\widehat{M}}_{max}\)) имеет решающее значение для снижения рисков индуцированной сейсмичности во время воздействия жидкости. Большинство предыдущих методов требуют данных о закачке в реальном времени, которые не всегда доступны. В этом исследовании предлагаются два подхода глубокого обучения (DL), а также два метода разделения данных, которые полагаются исключительно на предыдущие модели сейсмичности. Первый подход прогнозирует \({\widehat{M}}_{max}\) непосредственно с использованием DL; второй включает физические ограничения, используя DL для прогнозирования уровня сейсмичности, который затем используется для оценки \({\widehat{M}}_{max}\). Эти подходы апробированы с использованием набора данных мониторинга гидроразрывов из западной Канады. Мы обнаружили, что прямое DL учится на предыдущих моделях сейсмичности, чтобы обеспечить точный прогноз, хотя и с задержкой во времени, которая ограничивает его практическую полезность. Подход, основанный на физике, точно прогнозирует изменения уровня сейсмичности, но иногда занижает (или завышает) оценки \({\widehat{M}}_{max}\. Мы предполагаем, что значительное превышение \({\widehat{M}}_{max}\) может предвещать начало неконтролируемого разрыва разлома.

Гидравлический разрыв пласта (ГРП) — метод воздействия на жидкость для повышения проницаемости за счет создания трещин в породах-коллекторах с низкой проницаемостью1 — обычно приводит к микроземлетрясениям (MEQ) с моментной магнитудой MW < 0. Однако ГРП может также вызывать умеренные землетрясения (МВ > 4)2 ,3,4,5,6, которые связаны с активацией ранее существовавших неисправностей7. Получение вероятностной оценки наибольшей ожидаемой магнитуды события (\({\widehat{M}}_{max}\)) для данной ВЧ-операции важно для оценки опасностей8 и может служить основой для принятия упреждающих стратегий смягчения последствий наведенной сейсмичности в режиме реального времени, которые требуются в некоторых передовых системах мониторинга9,10.

Были разработаны различные подходы для оценки \({\widehat{M}}_{max}\) сейсмичности, вызванной жидкостью. Например, ожидаемое распределение магнитуд землетрясений может быть выражено через чистый объем закачанной жидкости (∆V) и сейсмогенный индекс (∑), предлагаемый сейсмотектонический параметр для конкретного региона, который характеризует ожидаемый уровень сейсмической активности в ответ на воздействие жидкости. инъекция11. Это выражение было использовано для разработки вероятностной оценки максимальной магнитуды12, которая линейно масштабируется с log10 ∆V. Та же самая зависимость объемного масштабирования была получена с использованием другого теоретического подхода, основанного на критерии равновесия трещины Гриффита13. Здесь оценка максимальной величины применяется к случаю остановленного разрыва, концепции, при которой зона разрыва разлома ограничена подземной областью, в которой давление возмущается закачкой жидкости. Эта концепция также использовалась для разработки геометрического ограничения максимальной величины на основе пространственного распределения MEQ14. В другой формулировке ожидаемый максимальный сейсмический момент для землетрясения, вызванного закачкой, выражается как произведение модуля сдвига среды и чистого объема закачанной жидкости15. За исключением подхода с геометрическими ограничениями14, который требует определения местоположения гипоцентров MEQ, все эти методы используют чистый объем закачки ∆V в качестве параметра для оценки \({\widehat{M}}_{max}\.

Во время ГРП сейсмические наблюдения могут использоваться для выявления эксплуатационных MEQ1, а также вызванных сейсмических событий, которые происходят на близлежащих разломах16,17,18,19. Эксплуатационные MEQ обычно возникают в кластерах, которые простираются от ствола скважины, обычно перпендикулярно направлению минимального горизонтального напряжения20,21. В некоторых случаях реактивированный разлом характеризуется задержкой возникновения событий относительно времени начала инъекционной стадии в сочетании с наклонной ориентацией кластеров сейсмичности по отношению к направлениям главных напряжений16,17,18,19. Реактивация разлома часто сопровождается увеличением уровня сейсмичности, сопровождаемым уменьшением b-значения Гутенберга-Рихтера22,23. Хотя такие изменения в пространственно-временной структуре сейсмичности могут быть незначительными, их обнаружение с помощью методов глубокого обучения (DL) может обеспечить возможность улучшения краткосрочного прогнозирования.