Fluxo de trabalho para integração de dados multifísicos em código 3D
RESUMO
Propomos implantar um fluxo de trabalho para integrar dados multifísicos em um código 3-D para, em conjunto, inverter CSEM, Método Magnetotelúrico (MT) e dados sísmicos. O fluxo de trabalho será construído com base nas extensões do software ModEM, desenvolvido inicialmente para lidar com vários conjuntos de dados EM. Inversões cooperativas empregando imagens de resistividade do subsolo e horizontes e modelos de velocidade sísmicas serão obtidos para dados sintéticos e casos reais. As vantagens de se empregar diretamente a inversão conjunta integrando dados EM e de inversão de onda completa (FWI) será também avaliada. O fluxo de trabalho, a ser testado em dados sintéticos e reais, tem o objetivo de ajudar a desvendar estruturas geológicas complexas, como observado nas regiões sub-sal de bacias sedimentares na exploração de hidrocarbonetos.
OBJETIVO
O objetivo final deste projeto é promover a integração de dados geofísicos eletromagnéticos (EM) em fluxos de trabalho utilizados mais rotineiramente pela indústria na exploração de hidrocarbonetos. O foco inicial será no desenvolvimento de recursos flexíveis e eficientes de inversão 3D EM para conjunto de métodos EM (especialmente magnetotelúrica - MT, e método MT com fonte controlada - CSEM), individualmente e em combinação, e então prosseguir para a inversão conjunta e cooperativa de dados geofísicos EM, sísmica e outros dados geofísicos e geológicos.
Os objetivos secundários incluem (i) a otimização da modelagem direta 3D MT e CSEM partindo de código já existente, de forma a torná-los computacionalmente eficientes para uso em problemas geológicos complexos; (ii) realizar inversão 3D MT e CSEM com anisotropia tri-axial incluída; (iii) avaliar a capacidade de imageamento do código de inversão 3D MT e CSEM com a presença de corpos de sal em diversas geometrias, (iv) testar a incorporação da informação sísmica em inversão cooperativa ou conjunta, e (v) formar pessoal qualificado, publicar artigos e teses.
Os componentes de EM e inversão conjunta do projeto se basearão no software de inversão ModEM desenvolvido na última década na Oregon State University (OSU; Egbert & Kelbert, 2012; Kelbert et al., 2014). Como o próprio nome sugere, este código foi inicialmente desenvolvido como um sistema modular, adaptável a uma ampla gama de tipos de dados geofísicos EM, e destinado a admitir múltiplas estratégias de solução de problemas inversos, parametrizações e estratégias de regularização.
Embora tenha ocorrido alguns testes iniciais usando o ModEM para 3D CSEM (Meqbel e Ritter, 2015), o código tem sido usado mais extensivamente na prática para dados 3D magnetotelúricos (MT). Uma versão estável do ModEM adaptada para este aplicativo foi disponibilizada para uso não comercial e cerca de 300 cientistas acadêmicos de todo o mundo obtiveram acesso ao software. Pelo menos 50 artigos (e muitos outros resumos de conferências) foram publicados e citam a aplicação do ModEM em uma série de problemas, seja em aplicações em geociências básicas ou em estudos mais práticos. O ModEM também pode ser licenciado para uso comercial e aplicado a vários problemas de mineração e exploração geotérmica.
O ModEM é, portanto, já bem estabelecido como uma ferramenta prática para interpretação 3D de dados de MT, com uma grande base de usuários distribuídos ao redor do mundo. Neste projeto propomos desenvolver ainda mais esse software como uma ferramenta geral para a inversão conjunta e explorar como essas capacidades podem ser efetivamente integradas nos fluxos de trabalho da exploração de hidrocarbonetos.
O dado sísmico será prioritariamente empregado na inversão cooperativa, a partir das informações sobre horizontes sísmicos e modelos de velocidade. Na segunda metade do projeto, será avaliada a inclusão da inversão de onda total (FWI) em ambientes 3D sintéticos e a avaliação de vantagens e benefícios da incorporação direta dos dados sísmicos em inversão conjunta EM + sísmica.
Uma grande motivação para o ModEM foi desenvolver um "banco de testes" para explorar estratégias alternativas para resolver o problema inverso (Egbert e Kelbert, 2012). Aqui, essa capacidade será usada para trabalhar em estratégias de busca de parâmetros de modelos híbridos (Egbert, 2012), que podem ser mais eficientes para problemas que exigem o cálculo de muitas soluções inversas (intimamente relacionadas), por exemplo, explorando trade-offs ao integrar múltiplos tipos de dados, ou avaliação de modelo e análise de resolução.
Esses métodos híbridos também podem ter vantagens para problemas inversos com muitas fontes e receptores, incluindo CSEM marinho e sísmica de forma de onda completa. Tanto os componentes EM quanto os sísmicos podem assim beneficiar-se deste trabalho. Pesquisas básicas sobre aprimoramento dos métodos inversos serão combinadas com aplicações práticas em conjuntos de dados reais, buscando desenvolver ferramentas eficientes e realmente úteis para a exploração.
Os pesquisadores do Observatório Nacional (ON) que propõem este projeto possuem ampla experiência na aquisição, processamento, inversão e interpretação de dados EM (Fontes et al., 2009; Solon et al. 2015), bem como ampla prática no desenvolvimento de projetos em parceria com a indústria do petróleo. Estudos envolvendo a inversão conjunta utilizando vínculos obtidos de produtos vetoriais de gradientes de dados geofísicos distintos (cross-gradient technique; Gallardo et al., 2012) e a aplicação do software ModEM em diversas bacias sedimentares no Brasil foram recentemente conduzidos (Fontes et al. 2015, 2016; Maurya et al. 2017; Maurya et al., 2018, Solon et al. 2018).
A equipe de pesquisa deste projeto conduzirá todos os estudos. Também haverá a colaboração de membros da equipe de desenvolvimento original do ModEM, Prof. Gary Egbert e Dr. Naser Meqbel, juntamente com pesquisadores do ON. Os membros da equipe se juntarão à OSU para treinamento técnico e visitas de intercâmbio acadêmico.
Apoio: Shell Brasil Petróleo Ltda
***
ABSTRACT
We propose to implement a workflow to integrate multiphysics data into 3-D code to jointly invert CSEM, MT and seismic data. The workflow will build on the ModEM software extensions, initially developed to handle multiple EM datasets. Cooperative inversions employing underground resistivity images and seismic horizons and velocity models will be obtained for synthetic data and real cases. The advantages of directly employing joint inversion integrating EM and full wave inversion (FWI) data will also be evaluated. The workflow, to be tested on synthetic and real data, is intended to help unravel complex geological structures, as observed in the sub-salt regions of sedimentary basins in hydrocarbon exploration.
OBJECTIVE
The ultimate goal of this project is to promote the integration of geophysical electromagnetic (EM) data into workflows most routinely used by industry in hydrocarbon exploration. The initial focus will be on developing flexible and efficient 3D EM inversion capabilities for EM method set (especially magnetotelluric - MT, and source controlled MT method - CSEM), individually and in combination, and then proceeding to joint and cooperative inversion EM geophysical data, seismic and other geophysical and geological data.
Secondary objectives include (i) the optimization of direct 3D MT and CSEM modeling starting from existing code, in order to make them computationally efficient for use in complex geological problems; (ii) perform 3D MT and CSEM inversion with tri-axial anisotropy included; (iii) evaluate the imaging capability of the MT and CSEM 3D inversion code with the presence of salt bodies in different geometries, (iv) test the incorporation of seismic information in cooperative or joint inversion, and (v) train qualified personnel, publish articles and theses.
The joint EM and inversion components of the project will be based on the ModEM inversion software developed over the last decade at Oregon State University (OSU; Egbert & Kelbert, 2012; Kelbert et al., 2014). As its name suggests, this code was initially developed as a modular system, adaptable to a wide range of EM geophysical data types, and intended to support multiple inverse problem solving strategies, parameterizations and regularization strategies. Although there has been some initial testing using ModEM for 3D CSEM (Meqbel and Ritter, 2015), the code has been used more extensively in practice for 3D magnetotelluric (MT) data.
A stable version of ModEM adapted for this application was made available for non-commercial use and around 300 academic scientists from around the world gained access to the software. At least 50 articles (and many other conference abstracts) have been published that cite the application of ModEM to a range of problems, whether in applications in basic geosciences or in more practical studies. ModEM can also be licensed for commercial use and applied to various mining and geothermal exploration problems.
ModEM is therefore already well established as a practical tool for 3D interpretation of MT data, with a large user base distributed around the world. In this project we propose to further develop this software as a general tool for joint investment and explore how these capabilities can be effectively integrated into hydrocarbon exploration workflows.
Seismic data will be primarily used in cooperative inversion, based on information about seismic horizons and velocity models. In the second half of the project, the inclusion of total wave inversion (FWI) in synthetic 3D environments and the evaluation of advantages and benefits of direct incorporation of seismic data in joint EM + seismic inversion will be evaluated.
A major motivation for ModEM was to develop a "test bench" to explore alternative strategies for solving the inverse problem (Egbert and Kelbert, 2012). Here, this capability will be used to work on hybrid model parameter search strategies (Egbert, 2012), which can be more efficient for problems that require the calculation of many inverse (intimately related) solutions, for example, exploiting trade-offs when integrating multiple data types, or model evaluation and resolution analysis. These hybrid methods can also have advantages for inverse problems with many sources and receivers, including marine CSEM and full waveform seismic. Both EM and seismic components can thus benefit from this work. Basic research on improving inverse methods will be combined with practical applications on real datasets, seeking to develop efficient and really useful tools for exploration.
The researchers from the National Observatory (ON) who propose this project have extensive experience in the acquisition, processing, inversion and interpretation of EM data (Fontes et al., 2009; Solon et al. 2015), as well as extensive practice in the development of projects in partnership with the oil industry. Studies involving joint inversion using links obtained from vector products of different geophysical data gradients (cross-gradient technique; Gallardo et al., 2012) and the application of ModEM software in several sedimentary basins in Brazil were recently conducted (Fontes et al. 2015, 2016; Maurya et al. 2017; Maurya et al., 2018, Solon et al. 2018).
The research team for this project will conduct all studies. There will also be collaboration from members of the original ModEM development team, Prof. Gary Egbert and Dr. Naser Meqbel, together with ON researchers. Team members will join OSU for technical training and academic exchange visits.
Support: Shell Brasil Petróleo Ltda
--
Equipe ON:
Sergio Luiz Fontes (lattes) - sergio@on.br
Emanuele Francesco La Terra (lattes) - laterra@on.br
Naser Meqbel
Williams Lima
Paulo Werdt
Artur Benevides
Rafael Siqueira
Equipe OSU (Oregon State University): Gary Egbert