Please use this identifier to cite or link to this item: http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-5386
Main Title: Prediction of seismic and sub-seismic deformation to ensure carbon traps in the Otway Basin, Australia
Translated Title: Vorhersage von seismischer und sub-seismischer Deformation zur Gewährleistung der Sicherheit eines CO2 Speichers im Otway Becken, Australien
Author(s): Ziesch, Jennifer
Advisor(s): Krawczyk, Charlotte M.
Tanner, David C.
Referee(s): Krawczyk, Charlotte M.
Tanner, David C.
Henk, Andreas
Granting Institution: Technische Universität Berlin
Type: Doctoral Thesis
Language Code: en
Abstract: In the framework of CO2 capture and storage (CCS), it is important to determine fluid migration pathways that occur between reservoir and surface, because this allows an estimation of the long-term storage integrity. This cumulative thesis deals with this topic and is embedded in the PROTECT (PRediction Of deformation To Ensure Carbon Traps) project. The project cooperates with Australia’s first demonstration site of deep geological storage of CO2 in the Otway Basin (state of Victoria). To predict and quantify the amount of seismic and sub-seismic deformation caused by fault movement, a baseline 3-D seismic of the CCS site was analysed. The first step was to build a structural 3-D model by interpretation of eight stratigraphic horizons and 24 major faults within a ca. 8km x 7km x 3km study area. The high-resolution 3-D model shows a complex system of south-dipping normal faults and north-dipping antithetic normal faults. Vertical displacements within the reservoir formation increase from north to south to a maximum of ca. 800 m. Based on Allan maps, isopach maps, and expansion index analyses, I determined that all major faults are growth faults that were constantly active from Early Cretaceous (ca. 110 Ma) until Late Paleocene (ca. 65 Ma). Two faults in the northern part of the study area have been recently active. One of the most important results of this work is that two different types of fault kinematics were simultaneously active: 40% of the faults show a component of dextral oblique-slip movement, while the rest of the faults shows pure dip-slip movement. The next step was the complete 3-D retro-deformation and the calculation of strain tensor maps within the faulted stratigraphic formations to locate highly deformed or fractured zones. The question of which kinematic restoration algorithm to use is essential for realistic results. I decided to use the ‘inclined shear’ algorithm, because the fault-parallel flow algorithm should be limited to the restoration of compressional faults, where fault bend angles do not exceed 40°. By retro-deforming the complete 3-D model, sub-seismic scale deformation was analysed. For the first time, compaction- and deformation-related strain for the whole study area were separately evaluated. The overburden strata down to the 1.5km deep Skull Creek Formation (seal) contains only minor sub-seismic strain caused by fault deformation (max. 15%). In contrast, the Skull Creek Formation has minimum strain values caused by fault movement of 30%. The strain results show a tripartition of the study area, in which most deformation (30–50%) occurs in the south-western part. The tripartition is caused by four major faults that acted as ‘controlling faults’ with smaller faults in between. The distribution of potential sub-seismic pathways was determined within the seal horizon, but they do not continue into the overburden. A supplementary 3-D PDF presents the 3-D geological model, from which all the results were derived. The workflow, the methods, and the results presented in this thesis can be used to evaluate the safety of a reservoir in future projects.
Im Bereich CO2-Abscheidung und -Speicherung (CCS) ist die Abschätzung von Fluidwegsamkeiten zwischen dem Reservoir und der Oberfläche für die Langzeitsicherheit der Speicher wichtig. Diese kumulative Dissertation ist ein Teil des Projektes PROTECT (PRediction Of deformation To Ensure Carbon Traps), das mit Australiens erstem Demonstrationsprojekt für CO2-Speicherung im Otway Becken (Bundesstaat Victoria) kooperiert. Dazu wurde ein seismischer 3-D Datensatz des Untersuchungsgebietes für die Vorhersage und Quantifizierung von Deformation im seismischen und sub-seismischen sichtbaren Bereich analysiert. Der erste Schritt war die Erstellung eines 3-D Strukturmodells. Hierfür wurden in der 3-D Seismik acht stratigraphische Horizonte und 24 Hauptstörungen eines ca. 8km x 7km x 3km großen Arbeitsgebietes interpretiert. Das hochauflösende 3-D Modell zeigt ein komplexes System von nach Süden einfallenden Abschiebungen und nach Norden einfallenden antithetischen Verwerfungen. Der vertikale Versatz innerhalb der Reservoirformation nimmt von Norden nach Süden bis maximal 800m zu. Allan Maps, Mächtigkeitskarten und Expansionindizes zeigen, dass alle Hauptverwerfungen Wachstumsstörungen sind, die seit der frühen Kreidezeit (ca. 110 Ma) bis ins späte Paläozen (ca. 65 Ma) konstant aktiv waren. Zwei Störungen im nördlichen Bereich des Arbeitsgebietes sind gegenwärtig noch aktiv. Insbesondere wurden zwei Arten von Störungskinematik ermittelt: 40% der Abschiebungen sind durch eine leichte dextrale Bewegungsrichtung gekennzeichnet,während die restlichen Störungen reine Abschiebungen sind. Der nächste Schritt war die vollständige 3-D Retrodeformation und die Berechnung des Verformungstensors, um stark deformierte bzw. brüchige Zonen innerhalb der stratigraphischen Formation zu lokalisieren. Für realistische Ergebnisse ist die Verwendung des richtigen Algorithmus zur kinematischen Restaurierung entscheidend. Die Analyse des ‘Fault-Parallel Flow’-Algorithmus zeigt, dass dieser sich nur für Aufschiebungen mit einem Störungswinkel kleiner 40° eignet. Im Gegensatz dazu liefert der ‘Inclined Shear’ Algorithmus die besten Resultate für das Arbeitsgebiet. Als Ergebnis wird die Verformung auf sub-seismischer Skala vorgestellt. Für das gesamte Arbeitsgebiet konnte zum ersten Mal die durch Kompaktion verursachte Verformung von der durch Deformation verursachten Verformung separat untersucht werden. Die überlagernden Schichten der 1.5km tiefen Skull Creek Formation (Deckschicht) sind durch eine geringe subseismische Verformung gekennzeichnet (max. 15%). Im Gegensatz dazu enthält die Skull Creek Formation mindestens 30% Verformung, die durch die Bewegung entlang der Störung verursacht wurde. Die Verformungsergebnisse zeigen außerdem eine Dreiteilung des Arbeitsgebietes mit der höchsten Deformation (30–50%) im Südwesten. Diese Dreiteilung wird durch vier übergeordnete Hauptstörungen mit kleineren Verwerfungen dazwischen verursacht. Die Verteilung der potentiellen sub-seismischen Wegsamkeiten wurde für die Deckschicht bestimmt, jedoch setzen sie sich nicht in die darüber liegenden Schichten fort. Zusätzlich wird das geologische 3-D Modell, von dem alle Ergebnisse abgeleitet wurden, in einem 3-D PDF präsentiert. Die Arbeitsabläufe, Methoden und Ergebnisse dieser Dissertation können genutzt werden, um in zukünftigen Projekten die Sicherheit eines Reservoirs besser abzuschätzen.
URI: http://depositonce.tu-berlin.de/handle/11303/5778
http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-5386
Exam Date: 7-Apr-2016
Issue Date: 2016
Date Available: 6-Jul-2016
DDC Class: DDC::500 Naturwissenschaften und Mathematik::550 Geowissenschaften, Geologie::550 Geowissenschaften
Subject(s): 3-D seismic interpretation
fault analysis
sub-seismic strain
3-D retro-deformation
fault kinematics
3-D Seismikinterpretation
Störungsanalyse
sub-seismische Verformung
3-D Retrodeformation
Störungskinematik
Sponsor/Funder: BMBF, 03G0797A, Prediction of deformation to ensure carbon traps
Usage rights: Terms of German Copyright Law
Is Supplemented By: http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-5408
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