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In the context of the geological storage of carbon dioxide (CO2), thecharacterization of the injected CO2 in a reservoir is of primeimportance for volume capacity evaluation and long-term siteperformance. In this article, we aim to characterize a CO2 accumulationin a deep layered aquifer by means of its seismic reflectivity. Formodeling the vertical distribution of CO2 saturation in the reservoir,we solve the Buckley-Leverett equation with discontinuous flux function,which describes two-phase flow in porous stratified media. To solve thisequation numerically we employ a finite-difference relaxation scheme.The scheme entails an upwinding reconstruction for the spatialderivatives and an implicit-explicit Runge-Kutta scheme for timeintegrations. Once the vertical distribution of CO2 is obtained, we usea matrix propagator algorithm to compute in the frequency domain, thegeneralized reflectivity of the reservoir due to the injected gas. Thebehavior of this reflectivity controls the amplitude of seismic wavereflections and strongly conditions the detectability of the CO2 volumein the space-time domain. The numerical approach used in this article iseasy to implement and allows to quantify the reflectivity of the carbondioxide distribution in a practical way. We show that the frequencybehavior of the reservoir reflectivity may help to interpret thevertical accumulation of CO2, which can be useful as a basis fortime-lapse geophysical monitoring., Facultad de Ciencias Astronómicas y Geofísicas

En este trabajo de tesis se estudiaran un conjunto de problemas relacionadas a la calibración y aplicaciones de la física de rocas para reservorios no-convencionales tipo shale a diferentes escalas. Con el fin de evitar incluir detalles de la microestructura de estas rocas en el modelado, y debido a la complejidad que esa tarea requeriría, surge la conveniencia de usar teorías de medios continuos poroelásticos. Se toma el modelo de sustitución sólida que es un modelo tipo Gassmann propuesto por los autores Ciz y Shapiro [2007] (CS) y se lo modifica en función de los datos disponibles. Este modelo permite predecir las propiedades elásticas de la roca como, por ejemplo, su rigidez, sus módulos elásticos, las velocidades de propagación de ondas elásticas, los efectos debidos a los cambios en el relleno poral entre otras propiedades. Como veremos, en este modelo el relleno poral no es un fluido sino un sólido y para nuestro modelado consideraremos que dicho relleno es un sólido efectivo que surge de combinar, con modelos de física de rocas, la materia orgánica sólida con los fluidos móviles de la roca. Esta construcción del relleno poral resulta ser un refinamiento al modelo de Ciz y Shapiro [2007] y constituye un aporte original de esta tesis. Al incluir los fluidos porales en el relleno observamos mejoras significativas respecto a otros modelos que los desprecian, incluso para este tipo de rocas con porosidades tan bajas. De esta forma, el modelado relaciona información variada sobre la composición petrofísica, geoquímica, mineralógica y de los fluidos porales de la roca con las propiedades elásticas de la misma. Sin embargo, para poder relacionar toda esta información variada, es necesario conocer las propiedades de las distintas componentes, minerales, orgánicas y fluidas de la roca, o bien, asumirlas. El flujo de trabajo que adoptaremos será, a partir de comparar las velocidades predichas con las velocidades medidas se optimizarán aquellas propiedades (y otros parámetros del modelo) desconocidas, o bien, inciertas a través de un esquema de inversión utilizando diferentes estrategias numéricas. Las aplicaciones y lecciones aprendidas del modelo hasta aquí descripto se resumen en un primer caso de estudio (Cap. 3) que fue publicado en una revista científica internacional con referato. Para poder modelar la dependencia de los módulos elásticos con la presión diferencial (la cual surge de la diferencia entre la presión de confinamiento y la poral) incorporamos al modelo de sustitución solida el modelo PDA (Porosity Deformation Approach) de los autores Shapiro y Kaselow [2005] que es, a su vez, una extensión anisótropa del modelo de piezosensibilidad elástica de Shapiro [2003]. Es generalmente aceptado en la bibliografía de referencia que el aumento de las velocidades sísmicas con la presión es debido al cierre de poros dúctiles, sin embargo, la mayoría de los modelos de física de rocas dependientes de la presión no ofrecen un desarrollo teórico formal sino que se basan en construcciones empíricas. El modelo PDA es el primero que propone un formalismo poroelástico sobre la relación de las velocidades sísmicas y el cierre de poros dúctiles que representa fielmente las mediciones de laboratorio para rocas anisótropas. Sin embargo, es poco conocido dentro de la comunidad geofísica puesto que hay muy escasos antecedentes de su utilización. En este trabajo de tesis se presentan los primeros antecedentes de su uso en datos de shales argentinas. Se trata de 3 casos de estudio del modelo PDA combinado con CS (PDACS). El primero sobre un set de datos de laboratorio de la shale fm. Inoceramus, Cuenca Austral, (Cap. 4) también publicado en una revista científica internacional con referato. El segundo, sobre datos de ultrasonido sobre una terna de muestras de afloramientos de la shale fm. Agrio, Cuenca Neuquina Argentina con alto contenido carbonatico (Cap. 5). El tercero, sobre datos de perfilaje de pozos también de la shale fm. Inoceramus (Cap. 6)., Facultad de Ciencias Astronómicas y Geofísicas

En este trabajo de Tesis se utilizó un conjunto de datos gravimétricos terrestres de carácter regional en la zona de la Cuenca del Golfo San Jorge, abarcando todos los flancos de la cuenca e incluyendo la faja corrida y plegada de San Bernardo. La producción acumulada de hidrocarburos ha convertido a la Cuenca del Golfo San Jorge en la más prolífica de Argentina, ocupando el segundo lugar, luego de la Cuenca Neuquina, en términos de reservas de hidrocarburos. Es por ello que ha recibido la atención de numerosos trabajos y, en consecuencia, existe abundante información disponible tanto geológica como geofísica. En este estudio no solo se utilizaron dichos antecedentes sino que también se contó con información proveniente de datos de pozos y de sísmica, lo que permitió reducir la ambigüedad del método gravimétrico. Se llevó a cabo el correspondiente procesamiento de los datos, en lo que respecta a reducciones, obtención de anomalías de Aire Libre y Bouguer Completa y separación de las componentes regional y residual. Posteriormente, se ajustaron varios modelos directos 2D sobre perfiles estratégicamente trazados sobre el mapa de la componente residual y, además, se realizó un modelo inverso 3D. Se definieron un total de seis bajos y seis altos gravimétricos. Los bajos se asociaron a aumentos en la profundidad del basamento, generando grandes depocentros en la cuenca, con importante cantidad de depósitos sedimentarios que podrían revestir cierto interés exploratorio. Con respecto a los altos gravimétricos, fueron interpretados como producto de una disminución en la profundidad del basamento y en el espesor de las capas sedimentarias. Así, se obtuvieron imágenes 2D y 3D de la profundidad y la geometría del basamento de la cuenca., Universidad Nacional del Sur

El estudio sobre la estimación del riesgo por deslizamientos de laderas accionados por eventos sísmicos, se efectuó sobre datos que corresponden al Municipio de Medellín, República de Colombia, con los cuales se pretende implementar un modelo a partir de herramientas pertenecientes al área de la Geomática, como lo son los Sistemas de Información Geográfica (SIG), con el fin de coadyuvar en la estimación y cuantificación del riesgo ocasionado por este tipo de desastre en las laderas de la jurisdicción de estudio, al igual que la proyección de un análisis de los costos suscitados por daños en elementos de la infraestructura urbana, para este caso las viviendas del sector de estudio. Esta estimación y evaluación se llevó a cabo, mediante la adopción de una metodología apoyada en una plataforma SIG, de manera que posibilite la realización de un análisis de comparación entre el campo de aceleraciones pico (PGA) que se puede llegar a presentar durante un evento sísmico de una magnitud dada, el campo de aceleración crítica y los desplazamientos debidos al evento sísmico., The research on the estimate of risk for landslides caused by seismic events, was performed on acquired data corresponding to the Medellin City , Republic of Colombia, with which we intend to implement a model based on tools from the Geomatics area, such as Geographic Information Systems (GIS), to assist in the estimation and quantification of risk caused by this type of disaster on the slopes of the study jurisdiction, like the projection of an analysis of the costs arising from damage to urban infrastructure elements, in this case the houses on the study sector. This assessment and evaluation were carried out by adopting a methodology based on a GIS platform, so it enables the execution of a comparison analysis between the field of peak accelerations (PGA) that can be present during an earthquake of a given magnitude, the critical acceleration field and displacement due to the seismic event., La Maestría en Geomática es una carrera dependiente de la Facultad de Ciencias Astronómicas y Geofísicas y la Facultad de Ingeniería, de la Universidad Nacional de La Plata., Facultad de Ciencias Astronómicas y Geofísicas

La formación Vaca Muerta es una de las principales rocas madre de la cuenca Neuquina, la cual ha cobrado, durante los últimos años, gran relevancia como reservorio no convencional para la producción de hidrocarburos. Los crecientes avances en la adquisición de datos sísmicos, sónicos y ultrasónicos junto con las mejoras en la determinación de las propiedades petrofísicas y geomecánicas en rocas sedimentarias permiten el desarrollo y mejora de los modelos físicos para estudiar y predecir la relación entre las velocidades medidas y los parámetros relevantes de las rocas en estos ambientes, lo que es útil para la caracterización de las mismas. El desarrollo de modelos de física de rocas para distintas shales orgánicas ha despertado el interés de numerosos autores quienes han propuesto diversos modelos físicos y flujos de trabajo para representar el comportamiento elástico de estos medios. Los diferentes modelos tienen el fin de relacionar los parámetros de interés en estos ambientes con magnitudes observables, tales como velocidades sísmicas, densidad, impedancias elásticas y reflectividades. En el presente trabajo de Tesis se testean diferentes teorías de medios elásticos y poroelásticos efectivos, con el objetivo de calcular las velocidades de propagación de onda teniendo en cuenta su relación con los parámetros físicos de las distintas componentes de la roca. Si bien se han propuesto diferentes modelos y flujos de trabajo para este tipo de rocas en diversos reservorios del mundo, la calibración y utilización de modelos en shales argentinas, como las de Vaca Muerta, no ha avanzado sustancialmente hasta donde sabemos. Aunque en general estas rocas exhiben cierto grado de anisotropía, debido a la limitación en los datos disponibles, en este trabajo no se estudia anisotropía. Por lo tanto, bajo la hipótesis de isotropía como primera aproximación, utilizaremos las teorías de medio elástico efectivo de Hashin-Shtrikman (1963), el promedio de Hill (Mavko et al., 2009) y el modelo de Kuster y Toksöz (1974), junto con el modelo poroelástico clásico de Gassmann (1951), adoptando los modelos empíricos de Porosidad Crítica, Krief et al. (1990) y la extensión de Goldberg and Gurevich (1998) para modelar las propiedades de la matriz seca arcillosa., Facultad de Ciencias Astronómicas y Geofísicas

Debido a la importancia del estudio de los yacimientos naturalmente fracturados en la exploración, caracterización y desarrollo de reservorios, esta tesis se enfoca en el contexto de la física numérica de rocas y el modelado de la propagación de ondas en los medios porosos fracturados. Se parte de los conceptos básicos sobre medios porosos y ecuaciones de Biot en el dominio del tiempo y la frecuencia. Se combina esta teoría con distintas caracterizaciones para las fracturas y se desarrolla un algoritmo de propagación de ondas en este tipo de medios mediante la técnica de elementos finitos, usando una malla estructurada y condiciones de borde absorbentes. Esto se hace utilizando elementos rectangulares no conformes, reduciendo así la dispersión numérica. El modelado de los medios porosos fracturados empieza considerando la fractura como una delgada capa porosa, poco resistente y permeable. Los coeficientes de reflexión y transmisión para la misma son calculados para diferentes ángulos de incidencia y rango de frecuencias variando las propiedades del medio y el espesor de la capa. Estos coeficientes son útiles en técnicas como AVO (Amplitud Vs. Offset) donde se tienen en cuenta cambios de fase y de amplitud de la onda al entrar en contacto con diferentes interfaces sísmicas y fluidos porales. Siguiendo con el modelado de medios fracturados se diseña un conjunto de experimentos armónicos de compresión y corte, aplicados a muestras representativas de las formaciones rocosas del subsuelo que contienen un conjunto denso de fracturas de escala mesoscópica orientadas en direcciones preferenciales. Se desarrolla un algoritmo de elementos finitos para calcular los coeficientes de rigidez, la presión de fluido y los efectos de atenuación de estos materiales en función de la frecuencia de análisis, variando las propiedades de las rocas sólidas y los fluidos que las saturan. Mediante ``upscaling'' numérico se realiza la determinación de los coeficientes de las relaciones constitutivas del medio viscoelástico anisótropo equivalente a escala macroscópica. Usando un nuevo modelo para las fracturas, donde éstas se asumen como una condición de borde entre dos medios porosos, se calculan nuevamente los coeficientes de reflexión y transmisión para una onda que incide en la fractura, variando las propiedades de sólidos y fluidos, tanto de la fractura como de su entorno. Usando el método de los elementos finitos se implementa un código para el cálculo de los coeficientes de rigidez, presión de fluido y atenuación, usando experimentos armónicos al igual que con el modelo de capa fina. Por último se utiliza un algoritmo para la propagación de ondas en medios viscoelásticos con elementos finitos, modelando así la respuesta sísmica de las ondas en la macro escala, a partir de los coeficientes de rigidez calculados con los modelos de medios fracturados., Facultad de Ingeniería

Teniendo en cuenta la creciente necesidad de explorar y caracterizar rocas madre y recursos no convencionales de hidrocarburos, es muy importante contar con modelos efectivos de las lutitas orgánicas para adquirir un mejor conocimiento sobre el comportamiento de los parámetros asociados a este tipo de rocas. En esta Tesis se estudiaron diferentes enfoques y se implementaron dos flujos de trabajo usando herramentas de Física de Rocas, uno basados en la promediación de Backus (1962) (modelo BA) y el otro en la teoría de Ciz y Shapiro (2007) (modelo CS). Estos modelos representan adecuadamente los efectos de anisotropía observados en estos medios y permiten considerar diferentes tipos de relleno poral. Dada la relevancia del contenido de querógeno (o equivalentemente del carbono orgánico total) en este tipo de rocas, utilizamos los modelos para calcular y analizar el comportamiento de las velocidades de las ondas sísmicas según la dirección, parámetros anisótropos de Thomsen y otro tipo de coeficientes, tales como módulo de Young, razón de Poisson y atributos combinados, para fracciones variables de querógeno. Algunos de estos coeficientes son muy útiles para la caracterización geomecánica de las lutitas orgánicas y para el diseño de los procedimientos de fracturación hidráulica. La sensibilidad al contenido de querógeno observada en diferentes atributos sugiere que sería posible estimar estos parámetros formulando y resolviendo problemas inversos asociados. Los modelos fueron calibrados para las lutitas negras, ricas en materia orgánica de la formación Bakken (cuenca Williston, Estados Unidos)., Facultad de Ciencias Astronómicas y Geofísicas

Esta Tesis tiene como objetivo principal modelar la reflectividad sísmica de onda compresional e indicadores asociados para analizar su utilidad en el monitoreo de reservorios de dióxido de carbono (CO2). Este tema es de gran interés actual en el campo de la Geofísica Aplicada y en la caracterización y monitoreo de reservorios en general. Principalmente se examina la capacidad de monitorear sísmicamente la saturación de CO2, el espesor de la acumulación, el tipo de mezcla de fluidos y la evolución temporal del flujo de CO2, analizando las variaciones de los atributos para diferentes ángulos de incidencia y componentes del espectro de frecuencias., Facultad de Ciencias Astronómicas y Geofísicas

Este trabajo de Tesis tiene por objetivo general dar soluciones a diferentes problemas relacionados con la detección automática de señales sísmicas. Dichos problemas incluyen el picado de los tiempos de los primeros arribos en exploración sísmica, la detección y determinación de los tiempos de llegada de fases de terremotos en registros de estaciones sismológicas, y la declaración y picado de los arribos de eventos en registros de microsismicidad. Para ello, se estudian diversos atributos sísmicos convencionales y no convencionales diseñados para realzar la llegada de las señales de interés por sobre el ruido de fondo de los datos. A partir de estos atributos se proponen nuevos algoritmos, estrategias y métodos para detectar las señales buscadas de forma eficiente, automática y precisa. En particular, se analiza la dimensión fractal de la traza sísmica, se aclaran algunas suposiciones teóricas e hipótesis que deben realizarse al considerar una traza sísmica como una curva fractal, y se evalúan distintas estrategias para estimar su dimensión. A partir de ejemplos con datos sintéticos y reales, se prueba que la dimensión fractal obtenida a través del método del variograma es un atributo que evidencia claramente la transición entre el ruido y la señal con ruido. Se desarrollan también tres nuevos métodos para detectar los tiempos de los primeros arribos en registros sísmicos complejos de forma automática. Los atributos en los que se basan estos nuevos algoritmos están dados por un cociente de energías, por la entropía de la traza sísmica, y por su dimensión fractal, aprovechando en este último caso los resultados del análisis previo. Los cambios detectados en los atributos son realzados mediante la aplicación de un filtro de suavizado que preserva los saltos bruscos. Estos algoritmos determinan los primeros arribos analizando las trazas sísmicas individualmente. Se introduce luego un novedoso proceso de corrección de picados erróneos que considera simultáneamente todo el conjunto de las trazas pertenecientes a un mismo registro de disparo común teniendo en cuenta la alineación aproximada de los primeros arribos dada por el modelo de refracción. Este procedimiento permite además descartar las trazas malas de forma automática. Los métodos propuestos son luego mejorados y aplicados a un gran volumen de datos reales provistos por la industria que presentan distintos desafíos y dificultades. Para estudiar la detección de señales en sismología, se realiza un análisis comparativo entre ocho métodos V de detección automática de fases de terremotos. El conjunto de ocho métodos analizado está formado por la adaptación de los tres algoritmos desarrollados para picar primeros arribos, por tres métodos tradicionales, y por dos métodos obtenidos a partir de modificaciones a dos de los métodos tradicionales. El estudio es llevado a cabo utilizando registros obtenidos en la Estación Sismológica de La Plata (LPA). Como resultado, se realiza una valoración relativa de los ocho métodos de detección en la que algunos de ellos se destacan por sobre otros, y se obtienen así herramientas computacionales para realizar la detección automática de fases de terremotos en estaciones sismológicas. Por último, se seleccionan tres de estos ocho métodos y a partir de ellos se genera una nueva metodología para detectar microsismos de forma automática que consta de dos pasos. En el primer paso se detectan y determinan todos los tiempos de aquellos eventos que representan un potencial arribo de un microsismo, traza por traza en todo el registro. En el segundo paso, se utiliza un criterio que analiza todo el registro en su conjunto para declarar la presencia de microsismos. Como resultado se obtienen el número de microsismos declarados, un indicador de confianza asociado a cada uno de ellos, y los tiempos de llegada para aquellas trazas en las que el evento es detectado., Facultad de Ciencias Astronómicas y Geofísicas