Effects of magnetic permeability on CSEM inversion

The use of the electromagnetic methods for geophysical exploration in offshore scenarios was recently adopted by petroleum industry and these represent the new frontier for non-destructive surveys for hydrocarbon's reservoirs detection. The capabilities of these methods to detect resistivity anomalies in the subsurface to a depth up to tens of km have excited the oil & gas companies that were interested in deep water acquisitions. Private fundings delivered from companies and scientific work in the universities have allowed the realization of the acquisition technologies as well as the modeling softwares for both forward and inversion for electromagnetic methods. The mCSEM method (acronym of marine-controlled source electromagnetic) in particular has a good capability to detect targets with a high resistivity that are surrounded by more conductive sediments, named background in jargon; these kinds of geological structures are commonly associated to the presence of hydrocarbon reservoirs in the subsurface. The informations obtained from a CSEM survey are tipically combined with all the geophysical informations available on the same site, like the seismic maps, and then it is possible to take more accurate decisions related to perforations. However, the electrical resistivity does not allow to determine the nature of the subsurface univocally, some geological structures formed by magmatic rocks as the basalts have tipically a high resistivity and thus the mCSEM response from these models to the receivers could be very close to the ones provided by the presence of a reservoir. The magnetic permeability could be a useful parameter to distinguish hydrocarbon reservoirs from geological structures with high resistivity since it is equal to the one in vacuum for hydrocarbons while it could be higher for hard rocks, expecially when they contain huge amounts of magnetite. According to my knowledge, nowadays there are not any studies on the effects of the magnetic permeability on the inversion procedure of mCSEM data, it is considered equal to the one in vacuum for all the geological materials that may lie in the subsurface. This work of thesis propose to investigate the effects of the magnetic permeability on the inversion procedure and, through the sensitivity analysis, determine if this model parameter contributes to decrease the uncertainty related to the found solution and thus, if it contributes to enhance the geological interpretation of the subsurface.

L'utilizzo dei metodi elettromagnetici per esplorazioni geofisiche in scenari di mare aperto è stata adottata recentemente da parte dell'industria petrolifera e rappresentano la nuova frontiera delle indagini non distruttive per la rilevazione di giacimenti di idrocarburi. La capacità di questi metodi di rilevare anomalie di resistività elettrica nel sottosuolo fino ad una profondità nell'ordine delle decine di km ha suscitato grande interesse delle compagnie operanti nel settore dell' oil & gas interessate alle acquisizioni in acque profonde. Investimenti privati da parte delle compagnie e il lavoro scientifico delle università hanno consentito la realizzazione negli anni passati sia delle tecnologie di acquisizione sia dei software di modellizazione e inversione per i metodi elettromagnetici. In particolare, il metodo mCSEM (acronimo di marine-controlled source electromagnetic) presenta una buona capacità di rilevare strutture con alta resistività elettrica circondate da sedimenti più conduttivi, denominati background in gergo; questi tipi di strutture geologiche vengono tipicamente associate alla presenza di giacimenti di idrocarburi nel sottosuolo. Le informazioni ottenute al termine di un indagine mCSEM vengono tipicamente combinate con tutte le informazioni geofisiche disponibili relative allo stesso sito, come ad esempio le tracce sismiche, e consentono di prendere decisioni più accurate relative alla perforazione. Tuttavia, la resistività elettrica non consente di determinare in maniera univoca la natura del sottosuolo; alcune strutture geologiche costituite da rocce magmatiche come i basalti presentano una resistività tipicamente elevata e quindi la risposta fornita ai ricevitori da questi modelli potrebbe essere molto simile a quella fornita dalla presenza un giacimento. Un parametro che potrebbe consentire la distinzione tra giacimenti di idrocarburi e strati geologici ad alta resistività potrebbe essere rappresentato dalla permeabilità magnetica che è uguale a quella del vuoto per gli idrocarburi mentre per strati geologici questo valore potrebbe essere diverso, specialmente se la roccia contiene magnetite in grande quantità. In base alla mia conoscenza, non sono stati realizzati fino ad ora studi relativi agli effetti della permeabilità magnetica sulla procedura di inversione dei dati mCSEM, infatti questa viene considerata uguale a quella del vuoto per tutti i materiali geologici che potrebbero trovarsi sotto il fondale marino. Questo lavoro di tesi propone di investigare gli effetti della permeabilità magnetica su una procedura di inversione e, mediante l'analisi di sensitività, determinare se questa consente di diminuire l'incertezza sulla soluzione trovata e quindi migliorare l'interpretazione geologica del substrato oggetto di indagine.