First laboratory measurements of seismo-magnetic conversions in fluid-filled Fontainebleau sand

International audienceSeismic wave propagation in fluid-filled porous materials induces electromagnetic effects due to small relative pore-fluid motions. In order to detect the seismo-magnetic couplings theoretically predicted by Pride (1994), we have designed a small-scale experiment in a low-noise underground laboratory which presents exceptional electromagnetic shielding conditions. Our experiment included accelerometers, electric dipoles and induction magnetometers to characterize the seismo-electromagnetic propagation phenomena. To assess the electrokinetic origin of the measured electric and magneticfields, we compared records obtained in dry and fluid-filled sand. Extra care has been taken to ensure the mechanical decoupling between the sand column and the magnetometers to avoid spurious vibrations of the magnetometers and misinterpretations of the recorded signals. Our results show that seismo-electric and seismo-magnetic signals are associated with different wave propagation modes, thus emphasizing the electrokinetic origin of these effects

Variabilidad temporal de la precipitación en la ciudad de La Plata durante el período 1909-2007: tendencias y fluctuaciones cuasiperiodicas

La variabilidad de la serie temporal de totales mensuales de precipitación de la estación meteorológica La Plata Observatorio es analizada mediante la técnica conocida como SSA (del inglés, Singular Spectrum Analysis) durante el período 1909-2007. Los resultados muestran oscilaciones con períodos dominantes de 4—5 años y otra menor de ~3 años. También se detecta una tendencia creciente que se acentúa durante la segunda mitad del período. Existen también oscilaciones con períodos de 7-8 años, aunque no resultan estadísticamente significativas. El análisis de las series de precipitación por semestres y trimestres muestra que las oscilaciones de 3-5 años aún persisten durante todo el año. En cambio, la tendencia corresponde solamente al semestre cálido. Se calculan coeficientes de correlación lineal entre las series de precipitación y las del índice de la Oscilación del Sur (SOI). En particular, los resultados indican que, durante los eventos El Niño (La Niña) la precipitación tiende a ser mayor (menor) que el promedio durante octubre-marzo. La relación mejor definida ocurre entre los totales de octubre-diciembre y el valor del SOI durante julio-septiembre del mismo año.The variability of the time series of monthly precipitation totals of La Plata Observatorio is analyzed for the period 1909-2007. The analysis is performed with a technique known as Singular Spectrum Analysis (SSA). Results show oscillations with a dominant 4—5-year period and another one with ~3- year period. An increasing trend is also detected, particularly during the second half of the analyzed period. There are also oscillations with 7-8-year period, although they are not statistically significative. An analysis of seasonal and half-year precipitation series also exhibits oscillations with a 3-5-year dominant period. On the other hand, the trend only persists during the warmer season. Linear correlation coefficients are computed between precipitation and Southern Oscillation Index series (SOI). In particular, results suggest that precipitation tends to be higher (lower) than average during October-March after the onset of El Niño (La Niña). The most robust correlation occurs between October-December precipitation totals and the previous July-September SOI average.Asociación Argentina de Geofísicos y Geodesta

Modelado electrosísmico 1D

En el presente trabajo se presentan y analizan las ecuaciones macroscópicas de Pride que describen la interacción entre los campos electromagnéticos y los campos de desplazamientos en medios porosos completamente saturados por un electrolito. A partir de estas ecuaciones generales se realiza una serie de suposiciones que conduce a un problema diferencial unidimensional que es resuelto numéricamente mediante el método de elementos finitos. A través de ejemplos numéricos se analiza la importancia de modelar con un grillado que tenga en cuenta el skin-depth difusivo en zonas del subsuelo con contraste de sus propiedades electrosísmicas, y se estudia la validez de despreciar el término de realimentación por electrofiltración en las ecuaciones de Pride. También se plantea un hipotético método de exploración, que emplea una fuente electromagnética situada en la superficie terrestre y que registra desplazamientos tanto en pozo como en la superficie, y se estudia el alcance de este método para diferentes escenarios de reservorios que contemplan la presencia de capas saturadas con gas y con petróleo. En el último ejemplo numérico se presenta y estudia una clase particular de señales de excitación que son las señales codificadas.Facultad de Ciencias Astronómicas y Geofísica

Modelado electrosísmico 1D

En el presente trabajo se presentan y analizan las ecuaciones macroscópicas de Pride que describen la interacción entre los campos electromagnéticos y los campos de desplazamientos en medios porosos completamente saturados por un electrolito. A partir de estas ecuaciones generales se realiza una serie de suposiciones que conduce a un problema diferencial unidimensional que es resuelto numéricamente mediante el método de elementos finitos. A través de ejemplos numéricos se analiza la importancia de modelar con un grillado que tenga en cuenta el skin-depth difusivo en zonas del subsuelo con contraste de sus propiedades electrosísmicas, y se estudia la validez de despreciar el término de realimentación por electrofiltración en las ecuaciones de Pride. También se plantea un hipotético método de exploración, que emplea una fuente electromagnética situada en la superficie terrestre y que registra desplazamientos tanto en pozo como en la superficie, y se estudia el alcance de este método para diferentes escenarios de reservorios que contemplan la presencia de capas saturadas con gas y con petróleo. En el último ejemplo numérico se presenta y estudia una clase particular de señales de excitación que son las señales codificadas.Facultad de Ciencias Astronómicas y Geofísica

Modelado electrosísmico 1D

En el presente trabajo se presentan y analizan las ecuaciones macroscópicas de Pride que describen la interacción entre los campos electromagnéticos y los campos de desplazamientos en medios porosos completamente saturados por un electrolito. A partir de estas ecuaciones generales se realiza una serie de suposiciones que conduce a un problema diferencial unidimensional que es resuelto numéricamente mediante el método de elementos finitos. A través de ejemplos numéricos se analiza la importancia de modelar con un grillado que tenga en cuenta el skin-depth difusivo en zonas del subsuelo con contraste de sus propiedades electrosísmicas, y se estudia la validez de despreciar el término de realimentación por electrofiltración en las ecuaciones de Pride. También se plantea un hipotético método de exploración, que emplea una fuente electromagnética situada en la superficie terrestre y que registra desplazamientos tanto en pozo como en la superficie, y se estudia el alcance de este método para diferentes escenarios de reservorios que contemplan la presencia de capas saturadas con gas y con petróleo. En el último ejemplo numérico se presenta y estudia una clase particular de señales de excitación que son las señales codificadas.Facultad de Ciencias Astronómicas y Geofísica

Simulación del fenómeno electrosísmico en una dimensión usando diferencias finitas

La electrosísmica es una reciente técnica de prospección geofísica que, a diferencia de otras, puede llegar a distinguir entre varios fluidos como agua e hidrocarburos. La técnica consiste en la generación de una onda mecánica a partir de un pulso electromagnético aplicado en la superfiie terrestre, al atravesar el material, actúa de manera diferente sobre la superfiie cargada de los granos (capa Stern) y sobre la capa inducida en el fluido que satura el suelo (capa difusa), produciendo en consecuencia un desplazamiento relativo (sólido-fluido) y una onda sísmica de respuesta, ésta es detectada utilizando geófonos. Las ecuaciones que rigen el fenómeno combinan la electrodinámica de Maxwell con la propagación de ondas en medios porosos de Biot, y se conocen como ecuaciones de Pride. El objetivo de este trabajo es explorar si un esquema de diferencias finitas en el dominio natural del problema, frecuencia, reproduce el fenómeno. La fuente electromagnética esta dada por la ondícula de Ricker con una frecuencia central de 20Hz. El método numérico escogido consiste en transformar a frecuencia el pulso de entrada, trasladar a diferencias fiitas las ecuaciones de Pride, hallar con este esquema la respuesta al pulso de entrada para cada frecuencia, combinarlas y trasladar el resultado al dominio del tiempo, todo esto para cada profundidad de estudio. El esquema arroja datos de aceleración que reproducen la aparición de ondas sísmicas inducidas por el fenómeno electrosísmico en la interfaz de distintos parámetros electrocinéticos y poroelásticos del subsuelo, con velocidades del orden de las esperadas para el medio. Por su parte, la perturbación inducida por la propagación vertical de la señal de la onda electromagnética se atenúa como se espera respecto a las características del suelo. Este trabajo constituye un primer paso en Colombia para la búsqueda de esquemas numéricos que puedan reproducir correctamente este fenómeno.Abstract. In contrast to other geophysical prospecting techniques, electroseismic is able to discriminate between diffrent fluids such as water and hydrocarbons. In this technique, a mechanical wave is produced from an electromagnetic pulse applied on the earth surface, when it passes through the material acts diffrently on the adsorbed layer (Stern layer) and double layer induced in the fluid to saturate the soil (diffsed layer). As a consequence, a relative displacement (soliduid) is produced and then, a seismic wave response can be detected using geophones. The equations governing the electroseismic effect combine Maxwell's electrodynamics and Biot's wave propagation in porous media, and are known as equations of Pride. In this work, we explore whether a finite difference scheme in the natural domain of the problem, frequency, attain reproduce this phenomenon. The electromagnetic source is given by a Ricker wavelet with a central frequency equal to 20Hz. The numerical method consists in transforming to frequency the input pulse, discretize finite difference equations of Pride to solve with this scheme the answer to input pulse for each frequency, combine and translate the results into the time domain, and apply this to each depth of study. The scheme sheds acceleration data that reproduce the appearance of seismic waves induced by electroseismic efect on the interface of several distinct electrokinetic and poroelastic parameters of the underground, with velocities of the order of those expected for the medium. Meanwhile, the perturbation induced by the vertical propagation of the electromagnetic wave signal is attenuated, as expected, respect to characteristics of the soil. This work is a first step in Colombia in order to find numerical schemes that can reproduce this phenomenon correctly.Maestrí

Seismo-electrics, electro-seismics, and seismo-magnetics for earth sciences

International audienceThe seismo-electromagnetic method (SEM) is used for non-invasive subsurface exploration. It shows interesting results for detecting fluids such as water, ice, oil, gas, CO_2 , and also to better characterise the subsurface in terms of porosity, permeability, and fractures. However, a limitation of this method is the low level of the induced 5 signals. We first describe SEM's theoretical background, and the role of some key parameters. We then detail recent studies on SEM, through theoretical and numerical developments, and through field and laboratory observations, to show that this method can bring advantages compared to classical geophysical methods

A review on electrokinetically induced seismo-electrics, electro-seismics, and seismo-magnetics for Earth sciences

The seismo-electromagnetic method (SEM) can be used for non-invasive subsurface exploration. It shows interesting results for detecting fluids such as water, oil, gas, CO2, or ice, and also help to better characterise the subsurface in terms of porosity, permeability, and fractures. However, the challenge of this method is the low level of the induced signals. We first describe SEM's theoretical background, and the role of some key parameters. We then detail recent studies on SEM, through theoretical and numerical developments, and through field and laboratory observations, to show that this method can bring advantages compared to classical geophysical methods.Facultad de Ciencias Astronómicas y Geofísica