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Nov 29, 2023

Física

Scientific Reports volume 13, número do artigo: 13133 (2023) Citar este artigo 6798 Acessos 3 detalhes de métricas altmétricas Previsão de curto prazo de magnitude máxima estimada (\({\widehat{M}}_{max}\))

Scientific Reports volume 13, Artigo número: 13133 (2023) Citar este artigo

6798 Acessos

3 Altmétrico

Detalhes das métricas

A previsão de curto prazo da magnitude máxima estimada (\({\widehat{M}}_{max}\)) é crucial para mitigar os riscos de sismicidade induzida durante a estimulação de fluidos. A maioria dos métodos anteriores requer dados de injeção em tempo real, que nem sempre estão disponíveis. Este estudo propõe duas abordagens de aprendizagem profunda (DL), juntamente com dois métodos de particionamento de dados, que dependem exclusivamente de padrões anteriores de sismicidade. A primeira abordagem prevê \({\widehat{M}}_{max}\) diretamente usando DL; a segunda incorpora restrições físicas usando DL para prever a taxa de sismicidade, que é então usada para estimar \({\widehat{M}}_{max}\). Essas abordagens são testadas usando um conjunto de dados de monitoramento de fratura hidráulica do oeste do Canadá. Descobrimos que a DL direta aprende com padrões de sismicidade anteriores para fornecer uma previsão precisa, embora com um intervalo de tempo que limita a sua utilidade prática. A abordagem informada pela física prevê com precisão mudanças na taxa de sismicidade, mas às vezes subestima (ou super) estimativas \({\widehat{M}}_{max}\). Propomos que a excedência significativa de \({\widehat{M}}_{max}\) pode anunciar o início da ruptura da falha descontrolada.

O fraturamento hidráulico (HF), um método de estimulação de fluidos para aumentar a permeabilidade ao produzir fraturas em rochas reservatório de baixa permeabilidade1, normalmente produz microterremotos (MEQs) com magnitude de momento MW < 0. No entanto, o HF também pode induzir terremotos moderados (MW > 4)2 ,3,4,5,6, que estão associados à ativação de falhas pré-existentes7. A obtenção de uma estimativa probabilística da maior magnitude de evento esperada (\({\widehat{M}}_{max}\)) para uma determinada operação de HF é importante para a avaliação de perigo8 e pode informar estratégias proativas de mitigação em tempo real para sismicidade induzida que são necessários em alguns sistemas avançados de monitoramento9,10.

Várias abordagens foram desenvolvidas para estimar \({\widehat{M}}_{max}\) para sismicidade induzida por fluido. Por exemplo, a distribuição esperada das magnitudes do terremoto pode ser expressa em termos do volume líquido de fluido injetado (∆V) e do índice sismogênico (∑), um parâmetro sismotectônico específico da área proposto que caracteriza o nível de atividade sísmica esperado em resposta ao fluido. injeção11. Esta expressão foi usada para desenvolver uma estimativa probabilística para magnitude máxima12, que escala linearmente com log10 ∆V. A mesma relação de escala volumétrica foi derivada usando uma abordagem teórica diferente, baseada no critério de equilíbrio de fissuras de Griffith13. Aqui, a estimativa de magnitude máxima se aplica ao caso de ruptura interrompida, um conceito onde a zona de ruptura da falha está confinada a uma região subterrânea na qual a pressão é perturbada pela injeção de fluido. Este conceito também tem sido utilizado para desenvolver uma restrição geométrica para magnitude máxima, baseada na distribuição espacial dos MEQs14. Em outra formulação, o momento sísmico máximo esperado para um terremoto induzido por injeção é expresso como o produto do módulo de cisalhamento do meio e o volume líquido de fluido injetado . Com exceção da abordagem geometricamente restrita14, que requer a determinação das localizações dos hipocentros do MEQ, todos esses métodos usam o volume líquido injetado ∆V como parâmetro para estimar \({\widehat{M}}_{max}\).

Durante as operações de HF, as observações sísmicas podem ser usadas para identificar MEQs1 operacionais, bem como eventos sísmicos induzidos que ocorrem em falhas próximas16,17,18,19. MEQs operacionais normalmente ocorrem em aglomerados que se estendem para longe do poço, geralmente perpendiculares à direção da tensão horizontal mínima 20,21. Em alguns casos, uma falha reativada é caracterizada pela ocorrência de evento atrasado em relação ao tempo de início de um estágio de injeção, juntamente com a orientação oblíqua dos aglomerados de sismicidade em relação às principais direções de tensão . A reativação de falhas é frequentemente marcada por um aumento na taxa de sismicidade, acompanhado por uma diminuição no valor b de Gutenberg-Richter22,23. Embora tais mudanças no padrão espaço-temporal de sismicidade possam ser sutis, sua detecção usando métodos de aprendizagem profunda (DL) poderia fornecer um caminho para melhores previsões de curto prazo.