The use of passive seismic interferometry for the monitoring of subsurface fluids – from shallow groundwater to native or storage gas reservoirs

Utilisation de l’interférométrie en sismique passive pour la surveillances des fluides de subsurface – des eaux souterraines aux réservoirs de gaz

¹ Geolinks services, Paris, France
² Univ. Grenoble Alpes, Univ. Savoie Mont Blanc, CNRS, IRD, Univ. Gustave Eiffel, ISTerre, 38000 Grenoble, France

^* Corresponding author: thomas.kremer@geolinkservice.com

Abstract

Passive (ambient noise) seismic interferometry provides multiple ways to gather information about the subsurface seismic properties using recordings of the seismic ambient noise signal. While the first developments and applications of this method showed a useful capacity to either image geological contrasts or monitor the structural properties of the soil, an increasing momentum is observed toward applications related to fluid monitoring of different types (liquid, gas), at all the scales of the subsurface (from meters to kilometers). In this paper we summarize the existing possibilities and technics of seismic interferometry analysis for subsurface fluid detection and characterization and elaborate on their respective deployment in different contexts. We also present a new approach based on estimating and continuously measuring seismic attenuation proxy within interferometric-based surface wavefields, which show a high sensitivity to fluid dynamics and the associated petrophysical variations. The method is illustrated through a field case study related to geological gas storage monitoring, and we elaborate on its potential respective deployment at the industrial scale and for different applications.

Résumé

En sismique passive, l'interférométrie du bruit sismique ambiant permet de recueillir des informations sur les propriétés sismiques du soussol à l'aide d’enregistrements du signal sismique continu. Alors que les premiers développements et applications de cette méthode ont montré une capacité à imager les contrastes géologiques ou à surveiller les propriétés structurelles du sol, un élan croissant est observé vers des applications liées à la surveillance des fluides de différents types (liquide, gaz), à toutes les échelles de la subsurface (de quelques mètres à quelques kilomètres). Dans cet article, nous résumons les possibilités et les techniques existantes d'analyse par interférométrie sismique pour la détection et la caractérisation des fluides de subsurface et nous discutons leur déploiement respectif dans différents contextes appliqués. Nous présentons également une nouvelle approche basée sur l'estimation continue des variations d'atténuation sismique, via l’analyse de d'ondes de surface reconstruites par interférométrie. Cette méthode montre une grande sensibilité à la dynamique des fluides et aux variations pétrophysiques associées. Un cas d’étude est présenté dans le contexte de la surveillance de stockage géologique de gaz, et nous discutons son déploiement potentiel à l'échelle industrielle, pour différentes applications.