Masterprogram i geovitenskap prosjekt for søkere vår 2017

Transkript

1 Masterprogram i geovitenskap prosjekt for søkere vår 2017 Master project in Earth Science project for spring 2017 Prosjekttittel: Introduksjon av avanserte splinefunksjoner i modellering av seismiske data Project title: Introduction of advanced spline functions in modelling of seismic data Hovedveileder: Einar Iversen Med-veileder(e): Einar Mæland, Morten Jakobsen Prosjektbeskrivelse/ Project description: Motivasjon (bakgrunn): For et bergartsvolum er det vanlig å bruke basis (B) spline funksjoner for å representere matematisk de romlige variasjonene av de ulike materialegenskapene på makro-nivå, f. eks. P- og S-bølgehastighet, tetthet, Thomsens parametere for spesifikasjon av anisotropi, mm. Representasjonen av slike materialparametere gjøres typisk med såkalte trikubiske splines. Her står tri for de tre romlige dimensjonene, mens kubisk henviser til ordenen (tre) til B- splinefunksjonene. En kubisk-type B-splinerepresentasjon gir en funksjonskontinuitet kalt C2, som betyr at den resulterende materialegenskapsfunksjonen vil være kontinuerlig og ha kontinuerlige første og andre deriverte. Hvis man ønsker å simulere seismiske gangtider og amplituder ved hjelp av stråleteori, må egenskapsfunksjonene være minimum C2. Det er potensielle fordeler knyttet til å øke ordenen til B-splinefunksjonene. For eksempel vil en kvintisk (femte ordens) B-spline representasjon ha kontinuitet C4. Den kan blant annet brukes i sammenhengene i) glatting av en (C2) egenskapsfunksjon, ii) stabilisering av krumningsberegninger, iii) beregning av stabile tredjederiverte, iv) ekstrapolasjon av geometrisk spredning til punkter utenfor en beregnet strålebane.. Hypotese (vitenskapelig problem): Målet med arbeidet er å studere og eksemplifisere hvordan høyere ordens B- splinefunksjoner kan komme til nytte i modellering av seismiske data.. Test (arbeid): Arbeidet består i å utarbeide og implementere en metode for å finne strålebaner og strålerelaterte størrelser (gangtider, geometrisk spredning, ) basert på at materialegenskapene er representert ved hjelp av høyere-ordens B-splinefunksjoner. En perturbasjonstilnærming vil bli brukt for dette formålet. Den nye metoden vil bli brukt for å generere de eksemplene som skal beskrives og analyseres. Motivation (background): For a certain rock volume it is common to use basic (B) spline functions to represent mathematically the spatial variation of the different macro-scale material properties, e.g., P- and S-wave velocity, density, Thomsen s parameters specifying the anisotropy, etc. The representation of such material properties is typically done by means of so-called tricubic B- splines. Here tri signifies the three spatial dimensions, while cubic refers to the order (three) of the B-spline functions. A cubic-type B-spline representation yields a function

2 continuity called C2, that means, the resulting material property function will be continuous and have continuous first and second derivatives. If one wants to simulate seismic traveltimes and amplitudes using ray theory, the property functions must be at least C2. There are potential advantages related to increasing the order of the B-spline functions. For example, a quintic (fifth order) B-spline representation will have continuity C4. It can be used e.g. in the contexts of i) smoothing a (C2) property function, ii) making curvature calculations more stable, iii) calculating stable third-order derivatives, iv) extrapolation of geometrical spreading to points outside a computed ray trajectory. Hypothesis (scientific problem): The objective of the work is to study and exemplify how higher order B-spline functions can be useful in modelling of seismic data. Test (work): The work consists of deriving and implementing a method to obtain ray trajectories and ray quantities (traveltimes, geometric spreading, ) corresponding to material property functions represented by means of higher order B-splines. A perturbation approach will be used for this purpose. The new method will be used for generation of the examples to be described and analyzed. Krav for opptak/ Prerequisites: Geofysikk matematisk retning Eksterne data? / External data?:ikke aktuelt Felt-, lab- og analyse- arbeid:ikke behov Foreslåtte emner i spesialiseringen (60 sp) / Proposed course plan during the master degree: Gjøres etter avtale med veileder, vil avhenge av studentens bakgrunn. Finansiering / Financing: I utgangspunktet ikke behov for finansiering. Eventuelle behov dekkes av pågående prosjekter i regi av hovedveileder. Masterarbeid finansieres av eksternt prosjekt x JA Nei

3 Masterprogram i geovitenskap prosjekt for søkere vår 2017 Master project in Earth Science project for spring 2017 Prosjekttittel: Fysiske føringer for seismisk bølgepropagering i anisotrope bergarter Project title: Physical constraints for seismic wave propagation in anisotropic rocks Hovedveileder: Einar Iversen Med-veileder(e): Tor Arne Johansen, Åsmund Drottning Prosjektbeskrivelse/ Project description: Motivasjon (bakgrunn): I mange bergarter kan man observere at seismisk bølgeforplanting har en anisotrop natur, f.eks. i skifre. Hastigheten til den seismiske bølgen vil da variere med propageringsretningen. En type anisotropi er såkalt transvers isotropi, der bølgehastigheten varierer på en rotasjonssymmetrisk måte, relativt til en gitt akse. Videre, for et transverst isotropt medium vil det ligge matematiske føringer for å oppnå propagering av P- og SV-polariserte bølger i alle retninger ut fra kilden. For P- og SV-bølger kan slike føringer utrykkes og visualiseres som et gyldighetsområde (volum) i et tredimensjonalt koordinatsystem med variablene Thomsen s parametere epsilon, delta, samt S-til-P hastighetsforholdet langs symmetriaksen. Et tilsvarende gyldighetsområde for SH bølger relateres til et todimensjonalt koordinatsystem i variablene Thomsen s parameter gamma og S-til-P hastighetsforholdet. Slike gyldighetsområder forventes å ha betydelig større praktisk nytteverdi dersom man kan basere deres definisjon også på bergartsfysiske føringer. Hypotese (vitenskapelig problem): Målet med arbeidet er å innarbeide føringer fra bergartsfysikk i definisjonene av gyldighetsområdene for bølgepropagering i et transverst isotropt medium. Test (arbeid): Arbeidet består i i) å formulere og inkorporere føringene fra bergartsfysikk, ii) utføre systematisk testing på en rekke tilfeller, helt til grensen der forutsetningene for bølgepropagering bryter sammen, iii) beskrive og analysere resultatene. Motivation (background): Many rocks are observed to have an anisotropic nature with respect to seismic wave propagation, e.g., shales. The speed of the seismic wave will then vary with the wave s direction of propagation. One type of anisotropy is so-called transverse isotropy, for which the wave speed varies in a rotationally symmetric manner, with respect to a given axis. Moreover, for a transversely isotropic medium mathematical constraints are controlling the possibility to have propagation of P, SV, and SH polarized waves in all directions from the source. For P and SV waves these constraints can be expressed and visualized in terms of a validity region (volume) in a three-dimensional coordinate system with the variables Thomsen s parameters epsilon, delta, and in addition the S- to P-wave velocity ratio along the axis of symmetry. A similar validity region for SH waves refer to a two-dimensional coordinate system in the variables Thomsen s parameter gamma and the S- to P-wave

4 velocity ratio. Such validity regions are expected to be of much higher practical value if their definitions could be based also on rock-physical constraints. Hypothesis (scientific problem): The objective of the work is to incorporate constraints from rock physics to form validity regions for wave propagation in a transversely isotropic medium. Test (work): The work consists of i) formulating and incorporating the constraints from rock physics, ii) perform testing of a variety of cases to the limits were the requirements for wave propagation breaks down, iii) describe and analyze the results. Krav for opptak/ Prerequisites: Geofysikk matematisk retning Eksterne data? / External data?: Ikke aktuelt Felt-, lab- og analyse- arbeid: Ikke behov Foreslåtte emner i spesialiseringen (60 sp) / Proposed course plan during the master degree: Gjøres etter avtale med veileder, vil avhenge av studentens bakgrunn. Finansiering / Financing: I utgangspunktet ikke behov for finansiering. Eventuelle behov dekkes av pågående prosjekter i regi av hovedveileder. Masterarbeid finansieres av eksternt prosjekt x JA Nei

5 Masterprogram i geovitenskap prosjekt for søkere vår 2017 Master project in Earth Science project for spring 2017 Prosjekttittel: Volume-integrasjonsmetode for å modellere P-bølger i isotrope og anisotrope bergarter Project title: Volume integration approach to modelling P waves in isotropic and anisotropic rocks Hovedveileder: Einar Iversen Med-veileder(e): Morten Jakobsen, Einar Mæland Prosjektbeskrivelse/ Project description: Motivasjon (bakgrunn): I mange bergarter kan man observere at seismisk bølgeforplanting har en anisotrop natur, f.eks. i skifre. Hastigheten til den seismiske bølgen vil da variere med propageringsretningen, i motsetning til om bergarten hadde vært isotrop. Videre, en utbredt matematisk/numerisk metode for å simulere seismisk bølgeforplantning i bergarter er såkalt strålemodellering. I standardmetoden for modellering med stråler er imidlertid diffraksjoner ikke tatt hensyn til. Diffraksjoner utgjør en viktig del av det seismiske bølgefeltet og deres tilstedeværelse utnyttes i seismisk modellering og avbildning. En måte å inkludere diffraksjoner på er å bruke en antakelse om enkeltstående spredning, dvs. at enhver potensiell bølgebane mellom kilde og mottaker begrenses til å ha maksimalt ett diffraksjonspunkt (sekundærkilde). Hypotese (vitenskapelig problem): Målet med arbeidet er å oppnå forbedret simulering av den seismiske responsen i en mottaker, sammenliknet med å bruke standard stråleteori-metode. Dette oppnås ved å kombinere standard strålemetode med en integrasjon over et volum av potensielle diffraksjonspunkter. Eksisterende programvare basert på standard stråleteori kan brukes til å simulere bidrag fra kilde til diffraksjonspunkt og fra mottaker til diffraksjonspunkt. Test (arbeid): Arbeidet består i i) å formulere og implementere volum-integrasjonsmetoden, ii) utføre eksperimenter med implementert metode, iii) beskrive og analysere resultatene. Motivation (background): Many rocks are observed to have an anisotropic nature with respect to seismic wave propagation, e.g., shales. The speed of the seismic wave will then vary with the wave s direction of propagation, as opposed to in an isotropic rock. Moreover, a widely used mathematical/numerical method for simulation of seismic wave propagation in rocks is socalled ray modelling. However, in standard ray modelling diffractions are not accounted for. Diffractions constitute an important part of the seismic wavefield and their presence is utilized in seismic modelling and imaging. One way to incorporate diffractions is to assume single scattering, which means that any potential wave path between source and receiver is restricted to have maximum one diffraction point (secondary source).

6 Hypothesis (scientific problem): The objective of the work is to obtain improved simulation of the seismic response in a receiver, as compared to using the standard ray method. This is achieved by combining the standard ray method with integration over a volume of potential diffraction points. A standard ray theory based software tool can be used to obtain contributions from source to diffraction point and from receiver to diffraction point. Test (work): The work consists of i) formulating and implementing the volume integration method, ii) conduct experiments using the implementation, iii) describe and analyze the results. Krav for opptak/ Prerequisites: Geofysikk matematisk retning Eksterne data? / External data?: Ikke aktuelt Felt-, lab- og analyse- arbeid: Ikke behov Foreslåtte emner i spesialiseringen (60 sp) / Proposed course plan during the master degree: Gjøres etter avtale med veileder, vil avhenge av studentens bakgrunn. Finansiering / Financing: I utgangspunktet ikke behov for finansiering. Eventuelle behov dekkes av pågående prosjekter i regi av hovedveileder. Masterarbeid finansieres av eksternt prosjekt x JA Nei

7 Masterprogram i geovitenskap prosjekt for søkere Våren 2017 Prosjekttittel: Mudstone-rich fluvial systems: Brushy Basin Member of the Morrison Formation, Eastern Utah Hovedveileder: Dr. Christian Haug Eide Medveiledere: Prof. William Helland-Hansen (UiB); Rob Gawthorpe (UiB) Project description: Motivasjon: Mudstone-rich fluvial systems are common in the sedimentary record, such as the Triassic of the Barents Sea, and have received little scientific attention compared to their sandstone-rich counterparts. This is understandable as the sand-rich systems are often better exposed and have more favorable reservoir properties. However, mudstone rich fluvial systems often have large river channels which are easily imaged on seismic data, and thus make good exploration targets. Hypothesis: Investigating the Brushy Basin member Svalbard will improve the understanding of mudstone-rich fluvial systems. Test: Excellent exposures of the mudstone-rich fluvial systems of the Late Jurassic Brushy Basin member of the Morrison formation occur along the Caineville Wash Road in central Utah. These outcrops expose multicolored paleosols, lake deposits and small and large fluvial channels in a 2x2 km, v-shaped outcrop which offers a high degree of threedimensionality. The project will comprise two weeks of field work where the candidate will photograph the entire outcrop to investigate sedimentary architecture, perform sedimentary logging with special emphasis on fluvial facies and paleosols analysis, and office work where the data will be analyzed, compiled into a model, and compared to similar systems worldwide. Reconstruction of plan-view channel-forms from vertical sections will be an important part of the study. Outcomes: This project is an opportunity to do field work in a remote, arid location using high-quality outcrops. It will teach the student to integrate knowledge from outcrop and seismic data, and learn about the relationship between paleoclimate, sedimentary deposits, external forcing factors and internal variability. The field work will comprise field work and some camping in the desert of Utah, in steep and difficult terrain. The candidate will have to be in good physical shape, and have a driver s license. This project will equip the student with expertise which is very relevant for a career both in the petroleum industry and research. 100 m high exposure of the Brushy Basin Member in the field area in Eastern Utah. The resistant ledges were deposited as fluvial channel belts, and the grey to deep red mudstones are paleosols in increasing stages of maturity.

8 Krav for opptak: Bachelorgrad i geovitenskap. Eksterne data: - Felt, Lab og analyse-arbeid: Field work in Utah with outcrop analysis 3D-seismic interpretation of analogous fluvial channels Finansiering: Eksternt prosjekt (): JA behov for 6800,- JA Nei Foreslåtte emner i spesialiseringen (60 sp): GEOV361 Sequence Stratigraphy 10 stp (UiB) / AG-323 Sequence Stratigraphy -10 stp (UNIS) GEOV360 / Sedimentologi og facies-analyse 10 stp GEOV363 / Videregåande sedimentologi/stratigrafi 5 stp GEOV372 Integrert tolking av seismikk og geofysiske data 5 stp GEOV352 Petroleumsgeologisk feltkurs 5 stp GEOV362 / Pyreneene feltkurs i tektonikk og sedimentologi 5 stp GEOV251 Videregående petroleumsgeologi 10 stp GEOV300 / Utvalgte emner i geovitenskap - 5 stp GEOV367 / Geologisk prosessforståelse: Anvendelse i hydrokarbonleting og CO2 lagring 5 stp

9 Masterprogram i geovitenskap prosjekt for søkere Våren 2017 Prosjekttittel: Synthetic seismic modelling of shallow-marine to paralic deposits: The Blackhawk Formation in Central Utah, USA Hovedveileder: Dr. Christian Haug Eide (UiB) Medveiledere: Dr. Simon Buckley (Uni Research CIPR/UiB); Dr. Isabelle Lecomte (UiB); Prof. William Helland-Hansen (UiB); Project description: Motivation: A significant number of hydrocarbon reservoirs, such as the Brent Group in the North Sea, consist of shallow-marine and alluvial sandstone deposits. Such deposits are subject to large variations in energy and thus show a wide variability in sedimentary architecture. In many cases it is important to investigate these deposits using seismic data, but it can be difficult to know how different architectures are imaged in seismic. Recent advances in synthetic seismic modelling have led to methods which are quick to apply and include the effects of limited horizontal resolution. Combined with helicopter-mounted lidar models which cover tens of kilometers of outcrop, this leads to the potential for direct comparison between seismic data, comparable outcrops and synthetic seismic from outcrops. Hypothesis: Interpretation of outcrops and generation of synthetic seismic data at multiple scales will lead to improved understanding of seismic imaging of shallow-marine and paralic deposits. Test: The Book Cliffs of Central Utah are a c. 400 km long outcrop belt which intersects the shallow-marine to alluvial deposits of the Blackhawk Formation and the Castlegate Sandstone. These outcrops are arguably some of the most extensive and well-exposed in the world, and several km long lidar models have been acquired from these outcrops during earlier field campaigns. The candidate will perform limited field work in this area in combination with the GEOV352 field course, and subsequently interpret the lidar-models at multiple scales, and generate synthetic seismic based on velocity- and density models from several comparable subsurface examples. The synthetic seismograms will be compared to a variety of subsurface examples in 3D seismic. Outcomes: This project is an opportunity to work in detail on the relationship between actual outcrop data and how it may be imaged in seismic in many different circumstances. It will teach the student to integrate knowledge from outcrop and seismic data, and learn about the relationship between lithology, sedimentary architecture, overburden properties and seismic imaging. In addition, the student will apply state-of-the-art workflows linking virtual outcrop data with interpretation and seismic modelling. This project will equip the student with expertise which is very relevant for a career both in the petroleum industry and research.

10 Part of the exposure of the Blackhawk Formation and Castlegate Sandstone in the Book Cliffs. The resistant sandstones are deposits of shorefaces and fluvial channel belts, while the recessive slopes are deposits of offshore- and floodplain mudstones. Krav for opptak: Bachelorgrad i geovitenskap. Eksterne data: Virtual outcrop data from the Book Cliffs (Uni Research CIPR/SAFARI) Felt, Lab og analyse-arbeid: Limited field work in Utah to get acquainted with outcrops and facies Interpretation of virtual outcrop data Generation of synthetic seismic data Interpretation of 3D seismic data Finansiering: Eksternt prosjekt : JA Nei Foreslåtte emner i spesialiseringen (60 sp): GEOV361 Sequence Stratigraphy 10 stp (UiB) / AG-323 Sequence Stratigraphy -10 stp (UNIS) GEOV360 / Sedimentologi og facies-analyse 10 stp GEOV363 / Videregåande sedimentologi/stratigrafi 5 stp GEOV372 Integrert tolking av seismikk og geofysiske data 5 stp GEOV352 Petroleumsgeologisk feltkurs 5 stp GEOV364 Videregående petroleumsgeologi 10 stp GEOV300 / Utvalgte emner i geovitenskap - 5 stp GEOV367 / Geologisk prosessforståelse: Anvendelse i hydrokarbonleting og CO2 lagring 5 stp

11 Masterprogram i geovitenskap prosjekt for søkere vår 2017 Master project in Earth Science project for spring 2017 Prosjekttittel: Structural controls on dolomitization along the southern margin of Derbyshire platform (UK) Hovedveileder: Dr. Irina Korneva Med-veileder(e): Prof. Atle Rotevatn, Dr. Cathy Hollis (U. of Manchester) Prosjektbeskrivelse/ Project description: Motivasjon (bakgrunn): Hypotese (vitenskapelig problem): Test (arbeid): Motivation (background): Carboniferous limestones which are partially dolomitized, host important hydrocarbons reservoirs worldwide. Dolomitization can significantly affect the petrophysical properties of carbonate reservoirs, either enhancing or diminishing reservoir porosity and permeability. Hydrothermal dolomitization is commonly associated with deep-seated faults that could create paths for migration of Mg-rich fluids. The fault architecture determines hydraulic properties of the fault zone. Typically fault zones within tight carbonates are composed of two main architectural elements: a fault core and a surrounding damage zone. The fault core is a narrow zone made up of fine-grained gouge or cataclasite, and usually acts as a barrier for fluid flow, whereas the damage zone is a highly fractured rock mass enveloping the fault core, and which commonly behaves as a conduit for fluid flow. The Derbyshire platform was formed in late Dinantian during the rifting associated with N-S extension. During this phase NW-SE and NE-SW trending faults inherited from Caledonian structures were reactivated. Subsequent tectonic phase was associated with N-S compression and inversion of the pre-existing structures, contemporaneous with Mississippi Valley-type (MVT) mineralization in the region. Some of the faults were re-activated as well during the later stages of deformation. The aim of this work is to characterize the fault zones and to assess the structural control on dolomitization in this area. Hypothesis (scientific problem): Dolomitization in the Derbyshire platform mainly occur along the major NW-SE oriented faults crosscutting its southern margin. It has been a topic of great interest to understand the mechanisms of fluid migration and possible source for dolomitization (Hollis, 1998; Hollis & Walkden, 1996; Fraser et al., 2014). However, the source of dolomitization is still uncertain, and the important contribution to this problem would be the understanding of which structures control fluid migration and at which time. Therefore, in this study, field data on the faults and fractures will be combined together with geochemical and isotope data on dolomites, obtained in the lab.

12 Test (work): The work will be organized in the following stages: 1. Literature overview about the tectonic evolution of the Derbyshire area and dolomitization. 2. Field work focused on faults and fractures characterization (orientation, spatial and dimensional parameters, crosscutting/abutting relationship) 3. Laboratory work will include petrographic analysis of thin sections, isotope analysis, SEM, cathodoluminescence analysis. Krav for opptak/ Prereqesites: Background in structural geology and geochemistry is preferred Eksterne data? / External data?: Field data (fault and fracture characterization), petrographic data of limestone and dolomite (already existing). Collection of more data in the field. This work will be integrated together with a PhD project of Catherine Breislin (University of Manchester) Basin-scale mineral and fluid processes at a palaeo-platform margin, Lower Carboniferous, UK, and focused on structural controls. Felt-, lab- og analyse- arbeid: 1 week in Matlock and Buxton area, 1 week in Wales Foreslåtte emner i spesialiseringen (60 sp) / Proposed course plan during the master degree: Proposed courses: Advanced structural geology (GEOV251) Microscopy (GEOV241) Instrumental methods in analytical geochemistry (GEOV347) Radiogenic and stable isotope geochemistry (GEOV342) Carbonate Bahamas field course Finansiering / Financing: Masterarbeid finansieres av eksternt prosjekt Vista project number 6267 JA Nei

13 Masterprogram i geovitenskap prosjekt for søkere vår 2017 Master project in Earth Science project for spring 2017 Prosjekttittel: «Seismisk kartlegging i overgangen sjø-land Hovedveileder: Isabelle Lecomte, UiB. Med-veileder(e): Bent Ole Ruud (UiB); Tor Arne Johansen (UiB) Prosjektbeskrivelse/ Project description: Motivasjon (bakgrunn): Detaljert kartlegging av geologiske strukturer i overgangen land - sjø er viktig for å forstå geologisk historie og landskapsutvikling. Refleksjonsseismikk er den mest anvendelige geofysiske metoden for å gjøre slik kartlegging. I overgangen land - sjø vil dette være praktisk vanskelig fordi det ofte er grunne områder som vanskeliggjør tradisjonell data innsamling. En måte å gjøre dette på er å bruke luftkanoner til å generere akustiske bølger i vannlaget og å registrere på land. Dette gir mulighet til både å studere reflekterte og refrakterte seismiske bølger. Arbeidet i oppgaven skal hovedsakelig ved seismiske modelleringseksperimenter undersøke mulige eksperimentelle oppsett for denne typen kartlegging. Reelle eksempler ved bruk av eksisterende seismiske data kan være aktuelt. Hypotese (vitenskapelig problem): Målet med arbeidet er å undersøke mulige seismiske innsamling oppsett via modellering, for å kunne best avbilde geologiske strukturer i overgangen land-sjø. Test (arbeid): Arbeidet består i å generere syntetiske seismiske data for forskjellige seismisk innsamling oppsett, og bruke disse for å teste deres evne til å avbilde overgangen land-sjø. Motivation (background): Detailed mapping of geological structures on onshore-offshore transition zones is important to better understand geological history and landscape development. Reflection seismic is the most suitable geophysical method for such mapping. In the transition between onshore and offshore, practical issues are faced because this often corresponds to specific shallow zones making difficult traditional acquisition. One way to approach that problem is to generate acoustic waves offshore in the water layer and record on land. This gives the possibility to both study reflected and refracted waves. The proposed work will mainly consist into investigating possible acquisition survey geometries via seismic modelling to help designing proper seismic experiments. Realistic examples inspired from existing seismic data may be considered. Hypothesis (scientific problem): The aim of the work is to investigate potential seismic acquisition setup via seismic modelling for an optimal seismic imaging of the onshore-offshore geological structures. Test (work): The work consists into generating synthetic seismic data for various seismic acquisition experiences and use them to test their ability to image the onshore-offshore transition zone.

14 . Krav for opptak/ Prerequisites: Geofysikk geologisk eller matematisk retning Eksterne data? / External data?: Nei Felt-, lab- og analyse- arbeid: ikke nødvendig Foreslåtte emner i spesialiseringen (60 sp) / Proposed course plan during the master degree: Gjøres etter avtale med veileder, vil avhenge av studentens bakgrunn. Finansiering / Financing: Masterarbeid finansieres av eksternt prosjekt : X JA Nei

15 Masterprogram i geovitenskap prosjekt for søkere vår 2017 Master project in Earth Science project for spring 2017 Prosjekttittel: «Modellering av belysnings- og oppløsningseffekter i prestack dybde migrasjon Hovedveileder: Isabelle Lecomte, UiB. Med-veileder(e): Bent Ole Ruud (UiB); Tina Kaschwich (NORSAR) Prosjektbeskrivelse/ Project description: Motivasjon (bakgrunn): Det fins flere metoder for seismisk modellering. To hoved metode grupper for modellering av 2-3D geologiske strukturer er såkalt «full-waveform» metoder (f.eks. endelige differanser) eller stråle-basert metoder. Begge har fordeler og ulemper. Allikevel, for noen anvendelser som tolkning, brønn kalibrering, seismisk inversjon, amplitude analyser (AVO), modellering av «outcrops», osv, bruk av disse metodene kan være vanskelig og kostbar (tid og penger). Dermed bruker man ofte i stedet en lang mer enklere modellering kalt konvolusjonsmodellering. Selv om sist nevnte kan prediktere nokså bra såkalt vertikal oppløsning effekter i seismiske bilder, kan den ikke simulere hverken lateral oppløsning eller mangel på belysning. En nyere stråle-basert metode utvider konvolverings konseptet for prestack dybde-migrerte (PSDM) data, ved å inkludere bølge forplantningseffekter i øvre lager som respons til en gitt innsamling geometri. Da PSDM avbildning er nødvendig for korrekt avbildning av komplekse strukturer, å kunne modellere både belysnings og oppløsningseffekter vil hjelpe å bedre forstå seismiske bilder og dermed forbedre tolkning, amplitude analyser, osv. Hypotese (vitenskapelig problem): Målet med arbeidet er å systematisk studere hva den nye stråle-basert konvolvering metoden kan brukes til via enkle referanse modeller. Når metoden er gyldig, kan den da brukes for å studere og dokumentere konsekvenser av begrenset belysning samt oppløsningseffekter i PSDM bilder. Dette skal spesielt analyseres i forhold til den forenklet og standard konvolvering, som ikke kan modellere de overnevnte avbildningseffekter. Test (arbeid): Arbeidet består i å først forstå nøkle konsepter i prestack dybde migrasjon, samt i de utvalgte modelleringsmetodene, for deretter å utvikle referanse test modeller for metode validering. Eksempler skal genereres for å både dokumentere muligheter og begrensninger ved den nye konvolveringsmetoden, og deretter illustrere hvor viktig det er å korrekt ta inn belysnings og oppløsningseffekter i PSDM bilder. Motivation (background): To model seismic data, several methods exist. Two main classes dominate for modelling of 2-3D geological structures, i.e., full waveform methods (e.g., finite-difference) or ray-based methods, both having their advantages and drawbacks. However, in some applications such as interpretation, well calibration, seismic inversion, amplitude studies (AVO), outcrop modelling, etc, using these methods may be difficult and/or costly (time and money). So many geoscientists use instead a far more simplistic modelling called convolution modelling.

16 Though the later may predict reasonably well so-called vertical resolution in seismic images, it cannot predict either lateral resolution issues or lack of illumination. A recent ray-based approach allows extending the convolution approach to modelling of prestack depth migrated (PSDM) images, including propagation effects in an overburden in relation to given survey geometry. PSDM imaging being a known requisite for proper imaging of complex structures, to be able to model efficiently both illumination and resolution effects will improve the understanding of seismic images in such cases and better constrain interpretation, AVO, etc. Hypothesis (scientific problem): The aim of the study is to systematically investigate the potentialities of the extended raybased convolution modelling by simple benchmark (reference) studies and, when valid, to infer and document the consequences of limited illumination and resolution effects on PSDM images, especially in comparison to the simplistic standard convolution modelling which cannot model such imaging effects. Test (work): The work consists first of understanding the key concept behind PSDM in general and the selected modelling methods, prior to designing benchmark tests for method validation. Examples will be generated to both document the potentialities and limits of the modelling method, and to illustrate the importance of properly taking into account both illumination and resolution issues in PSDM. Krav for opptak/ Prerequisites: Geofysikk geologisk eller matematisk retning Eksterne data? / External data?: Nei Felt-, lab- og analyse- arbeid: ikke nødvendig Foreslåtte emner i spesialiseringen (60 sp) / Proposed course plan during the master degree: Gjøres etter avtale med veileder, vil avhenge av studentens bakgrunn. Finansiering / Financing: Masterarbeid finansieres av eksternt prosjekt X JA Nei

17 Masterprogram i geovitenskap prosjekt for søkere vår 2017 Master project in Earth Science project for spring 2017 Prosjekttittel: «Seismisk karakterisering av paleokarstreservoarer Hovedveileder: Isabelle Lecomte, UiB. Med-veileder(e): Jan Tveranger, Uni Research CIPR/UiB; Åsmund Drottning, UiB. Prosjektbeskrivelse/ Project description: Motivasjon (bakgrunn): Reservoarer i karstifiserte karbonatbergarter er relativt vanlige i flere av verdens store petroleumsregioner (e.g. midt-østen, USA, sørøst Asia), men har inntil nylig ikke vært funnet på norsk sokkel. Drivverdige funn gjort i Paleozoiske karbonater på Loppa høyden de senere årene har imidlertid identifisert denne reservoartypen som en ny og potensiell betydelig «play» i Barentshavet. Egenskapene til paleokarsreservoarer er en funksjon av en serie faktorer som inkluderer primær karbonatsedimentologi, diagenese, strukturgeologi, karstdannelse, innfylling av karststrukturer, kollaps og kompaksjon. Dette gir opphav til svært komplekse egenskapsfordelinger og strukturer. En høy grad av lateral og vertikal heterogenitet i disse reservoarene gjør at det ikke er mulig å basere reservoarmodeller for produksjonsprognoser på korrelasjon mellom brønndata slik det kan gjøres for silisiklasitiske systemer. En romlig karlegging av reservoararkitekturen i paleokarstreservoarer må derfor baseres på seismiske data. Kompleksiteten gjør det imidlertid også vanskelig å tolke seismiske data fra disse reservoarene. Per i dag finnes det få retningslinjer for identifisering av spesifikke paleokarststrukturer ved hjelp av seismikk. Hypotese (vitenskapelig problem): Målet med arbeidet er å studere syntetiske seismiske data fra paleokarstsystem modeller og identifisere samt kartlegge karakteristiske trekk knyttet til spesifikke strukturer og egenskapsfordelinger. Test (arbeid): Arbeidet består i å generere syntetiske seismiske data fra en serie eksisterende 3D geomodeller av paleokarstsystemer, og sette opp identifikasjonskriterier for ulike paleokarststrukturer og egenskaper i seismiske datasett. Ved å systematisk variere de petrofysiske egenskapene og strukturene i disse modellene kan man identifisere hvordan ulike parametere i geo-modellen påvirker seismisk respons. Motivation (background): Reservoirs in karstified carbonates are relatively common in many of the world s large petroleum provinces (e.g. Middle East, USA, Southeast Asia), but have until recently not been identified on the Norwegian shelf. Commercially viable discoveries in Paleozoic carbonates on the Loppa High have recognized this reservoir type as a new and potentially significant play type in the Barents Sea. The properties of paleokarst reservoirs are a function of several factors, including primary carbonate sedimentology, diagenesis, structural geology, formation of karst structures and their infill and subsequent collapse and compaction. This gives rise to very complex property distributions and structures. A high degree of lateral and vertical heterogeneity in these reservoirs implies that reservoir models

18 for production forecasting cannot be based on correlation of wells, as is commonly done in siliciclastic reservoirs. Spatial mapping of the reservoir architecture of these reservoirs must therefore to a larger extent than for other reservoir types be based on seismic data. However, the complexity also represents a challenge for seismic interpretation. There are at present very few guidelines for identifying specific paleokarst structures in seismic data. Hypothesis (scientific problem): The aim of the study is to investigate seismic data generated by forward modelling of 3D paleokarst geo-models and identify as well as map characteristic signatures of specific structures and property distributions. Test (work): The work consists of generating forward seismic models from a series of 3D geo-models of paleokarst systems, and establish criteria for identifying different paleokarst structures and properties in seismic data. By varying the petrophysical properties and structures in these models in a systematic manner, the impact of different model parameters on seismic responses can be mapped out. Krav for opptak/ Prereqesites: Geofysikk geologisk eller matematisk retning Eksterne data? / External data?: Nei Felt-, lab- og analyse- arbeid: ikke nødvendig Foreslåtte emner i spesialiseringen (60 sp) / Proposed course plan during the master degree: Gjøres etter avtale med veileder, vil avhenge av studentens bakgrunn. Finansiering / Financing: ( Masterarbeid finansieres av eksternt prosjekt X JA Nei

19 V17 Master project in Earth Science - Petroleum Geoscience Full waveform inversion in time-lapse mode using scattering theory Main supervisor: Professor Morten Jakobsen Co-supervisor: Associate Professor Einar Iversen Project goals and methods In order to monitor changes in the fluid saturations, stress and pore fluid pressure in a petroleum reservoir under production, one can compare seismic data corresponding to different time steps. Conventional time-lapse (or 4D) seismics is based on the analysis of changes in the travel times or seismic amplitude versus offset. However, one can potentially obtain more detailed information about production-induced changes in a petroleum reservoir by performing a full waveform inversion of time-lapse seismic data (Jakobsen and Ursin, 2011). The conventional adjoint state approach to full waveform inversion in the 4D as well as 3D case is very expensive computationally. However, by using a scattering theoretical approach, one can focus the inversion on a particular (4D) target of interest, under the assumption that the rest of the model is known (see Jakobsen and Ursin, 2015). The idea of using scattering theory for full waveform inversion method in time-lapse mode is not new (e.g., Muhumuza, 2015), but there are still plenty of room for further development of this promising approach. In this study, the student should study the advantages and disadvantages of using different strategies for inverting time-lapse seismic waveform data. Also, the student should investigate the use of different scattering theoretical methods for reducing the computational cost of a full waveform inversion in time-lapse mode. The inversion methods and codes developed by the student in this project should be tested on synthetic data that have been contaminated with random noise to make the numerical experiments more realistic. 4D repeatability issues and other sources of uncertainty (model errors) should also be investigated. References Jakobsen, M. and Ursin, B., T-matrix approach to the nonlinear waveform inversion problem in 4D seismics. Expanded abstract, 73rd EAGE meeting, Vienna. Jakobsen, M. and Ursin, B., Full waveform inversion in the frequency domain using direct iterative T-matrix methods. Journal of Geophysics and Engineering, 12, Muhumuza, K., Modelling and inversion of time-lapse seismic data using scattering theory. Master thesis, University of Bergen. A. Asnaashari, R. Brossier, S. Garambois, F. Audebert, P. Thore and J. Virieux, Time-lapse seismic imaging using regularized full-waveform inversion with a prior model: which strategy? Geophysical Prospecting, 63, 78 98

20 Important information: This project requires a strong background in signal theory as well as wave propagation and inversion. It will also be strictly required to have good skills or a talent for computer programming. External data: Not relevant Field work: Not relevant Laboratory work: Not relevant Funding: Not relevant Size of project: 60 stp. Suggested courses: GEOV276 - Theoretical Seismology (10 stp) GEOV219 - Computational methods in solid earth physics (10 stp) GEOV274 - Reservoir Geophysics (10 stp) GEOV375 - Advanced Applied Seismic Analysis (10 tsp) MAT265/ - Parameter estimation and inverse problems (10 stp) Special syllabus on FWI and signal theory (10 stp) date/signature main supervisor/project leader

21 V17 Master project in Earth Science: Petroleum Geoscience SEISMIC WAVEFORM INVERSION FOR FRACTURE PARAMETERS Main supervisor: Professor Morten Jakobsen Co-supervisor: Associate Professor Einar Iversen. Project description A large percentage of the worlds remaining hydrocarbon reserves are associated fractures, either in the context of naturally fractured (carbonate or tight sandstone) reservoirs or unconventional resources like gas shales (Ali and Jakobsen, 2011a). Fractures are also relevant for CO2 sequestration and geothermal energy (Ali and Jakobsen, 2011b). There is also an interesting connection fractures and gas hydrates (Lee and Collett, 2011). Fractures can have a significant effect on seismic wave propagation (e.g., Jakobsen and Hudson, 2003; Pilskog et al., 2015; Jakobsen et al., 2015) and fluid flow (e.g., Jakobsen et al., 2007; Nysæther et al., 2013), suggesting that it may be possible to derive information about fracture parameters related to permeability from seismic data alone (e.g., Ali and Jakobsen, 2011a,b; 2012; Ali et al., 2011) or in combination with production data (e.g., Jakobsen et al., 2007b; Shahraini et al., 2012). Since fractures tend to have a preferred orientation, seismic and hydraulic anisotropy effects are important in this context. Conventionally, seismic data are used to characterize subsurface fractures by performing P-wave amplitude versus offset and azimuth (AVOA) analysis. AVOA analysis is normally based on the assumption that the associated reflector is laterally invariant (Bansal and Sen, 2010). However, the conventional AVOA approach may be inaccurate in the presence of complex geological structures. More accurate results can be obtained if one performs a full waveform inversion that makes use of all the information that are contained in the seismic data, including travel times, amplitudes, diffraction and multiple scattering events. The development of methods for FWI in anisotropic media with fractures is a challenging task. However, we have already made significant progress in this direction. In a VISTA project called «waveform inversion for fracture parameter», we have developed a method for ray-born inversion for fracture parameters that can be used in complex media. Also, we have developed a generalized T-matrix approach to seismic modeling in fractured media and related anisotropic systems, including shales (Jakobsen et al., 2003a, 2015). The principal aim of this project is to develop methods for nonlinear seismic waveform inversion in anisotropic media with fractures based on the results we have already obtained in connection with the above VISTA-project and a related PETROMAX2-project. The candidate should give particular attention to the estimation of anisotropic permeability from seismically derived fractured parameters using a consistent stiffness-permeability model that we have derived in a previous project (see Ali et al., 2011).

22 Important information This project requires a strong mathematical background and practical skills within computer (e.g., matlab) programming. The student should also have some background within physics and structural geology. External data: Not relevant Field work: Not relevant Laboratory work: Not relevant Funding: Not relevant Size of project: 60 stp. Suggested courses (60 stp): PTEK218 - Rock physics (10 stp) GEOV276 - Theoretical Seismology (10 stp) GEOV219 - Computational methods in solid earth physics (10 stp) GEOV274 - Reservoir Geophysics (10 stp) GEOV375 - Advanced Applied Seismic Analysis (10 tsp) date/signature main supervisor/project leader

23 V17 Master project in Earth Science - Petroleum Geoscience Full waveform inversion in the Laplace domain Main supervisor: Professor Morten Jakobsen Co-supervisors: Dr. Henk Keers and Professor Emeritus Einar Mæland Formål Full waveform inversion (FWI) is a comprehensive imaging or inversion method that makes use of all information in the seismic data, including travel times, amplitudes, internal multiples and diffractions. Although the FWI method promises velocity (or elastic property) images of the underground that are sharper and of higher resolution than those in conventional migration velocity analysis and travel time tomography, the FWI method was for many years considered to be of limited practical use, due to its huge computational cost. In recent years, however, faster computers, more efficient inversion methods, and a constantly increasing demand for more detailed information about the subsurface (e.g., in connection with reservoir characterization and monitoring) has made the FWI method more and more appealing. FWI is normally based on the minimization of an objective function measuring the difference between predicted and observed data. FWI is mostly formulated in time or Fourier domain. However FWI diverges if the starting model is far from the true model. This is consequence of the lack of low frequency in the seismic sources which limits the recovery of the large-scale structures in the velocity model. Reformulating FWI in the Laplace domain using a logarithmic objective function introduces a fast and efficient method capable to recover long-wavelength velocity structure starting from a very simple initial solution and independent of the frequency content of the data. In this project, the student should first modify an existing (scattering-based) method for waveform inversion in the frequency domain so that it could be used in the Laplace domain. A series of numerical experiments should then be performed in order to compare the performance of the new Laplace domain approach with the more conventional frequency domain to FWI. The numerical experiments should be based on synthetic seismic waveform data generated using the finite difference time domain method. To make the numerical experiments more realistic, the student should also add various amounts of random white and/or colored noise to the computed waveforms. The numerical experiments should focus on problems with convergence toward local minima associated with a lack of high quality low-frequency waveform data, and investigate to what extent the Laplace domain approach could be useful in this context. The project is clearly mathematically oriented but also highly relevant for industry.

24 Important information This project requires a strong background in signal theory as well as wave propagation and inversion. It will also be required to have good skills within computer programming. Eksterne data: Not relevant Feltarbeid: Not relevant Laboratoriearbeid: Not relevant Finansiering: Not relevant Størrelse på oppgaven: 60 stp. Suggested courses(60 stp): GEOV276 - Theoretical Seismology (10 stp). GEOV219 - Computational methods in solid earth physics (10 stp). GEOV274 - Reservoir Geophysics (10 stp). GEOV375 - Advanced Applied Seismic Analysis (10 stp). MAT265/ - Parameter estimation and inverse problems (10 stp). Special syllabus on FWI and signal theory (10 stp).

25 Masterprogram i geovitenskap prosjekt for søkere vår 2017 Master project in Earth Science project for spring 2017 Prosjekttittel: Bruk av autigene mineraler som paleotermometer og sammenligning med vitrinitt data Hovedveileder: Helge Hellevang (Universitetet i Oslo og UNIS) Med-veileder(e): William Helland-Hansen, Malte Jochmann (UNIS), Snorre Olaussen (UNIS) Prosjektbeskrivelse/ Project description: Motivasjon (bakgrunn): Autigene mineraler (mineraler som dannes etter begravning) dannes bare hvis et reservoar er over et kritisk temperaturintervall. Vi snakker om et temperaturintervall siden hastighetene på mineraldannelse stiger eksponentielt med temperatur og er avhengig av vannkjemi, og det kan derfor variere litt fra system til system. Det er i mange områder ikke mulig å estimere paleotemperaturer, fordi man ikke har kull eller andre bestanddeler som gjør det mulig å rekonstruere temperatur. Det er også knyttet til dels stor usikkerhet i noen tidligere estimater av paleotemperatur, også på Svalbard og i Kritt- Tertiær. Det er derfor ønskelig å kunne benytte en metode basert på identifisering av autigene mineraler, som tillegg til vitrinitt, eller som eneste metode der det ikke finnes andre muligheter. I tillegg vil det i noen tilfeller være mulig å estimere temperatur fra fluidinklusjoner i de autigene fasene. Målet i denne oppgaven er å undersøke i hvilke grad mineralsammensetning i sedimentære bergarter kan benyttes til å estimere porevæsketemperaturer i sedimentære bassenger. Kritt- Tertiær bassengene på Svalbard inneholder kull, som kan gi god kontroll på maksimum temperatur. Svalbard gir også svært god tilgang til bergarter som kan logges og prøvetakes i et regionalt studium. Hypotese (vitenskapelig problem): Vi ønsker å finne ut om det er mulig å fastsette maksimumtemperatur reservoaret har vært på basert på tilstedeværelsen og sammesetning av autigene faser, og med en nøyaktighet som er sammenlignbare med andre metoder (dvs. vitrinitt data). Dette med forbehold om at maksimumtemperatur har vært i området C over noe tid (millioner av år). Hvis dette viser seg å være mulig vil mineraldata kunne støtte opp om tidligere og nye estimerte temperaturer basert på vitrinitt i et regionalt perspektiv i Barentshavet og Svalbard, og metoden kan benyttes alene hvor det ikke finnes kull eller andre gode metoder for paleotemperaturfastsettelse. Test (arbeid): 1: Logging av sandsteinssekvens I Tertiær, som også inneholder kull. Det er fordel med kunnskap innen sedimentologi og logging. Lokaliteter vil bli bestemt senere, men skal dekke et område i temperatur (vil bli forskjellige lokaliteter som primært kan nåes med båt fra Longyearbyen). Om finanseringen lykkes, vil også mer fjerntliggende områder logges og prøvetas.

26 2: Prøvetaking av kull 3: Prøvetaking av sandstein, bade I intervaller som er karbonatsementert og som har lite/ingen karbonat. 4: Analyser av kull (dette skal gjøres i prosjektet, men ikke av studenten) 5: Identifikasjon av mineraler i bergart I: Knusing og analyser av bulk materiale i XRD 6: Identifisering av mineraler I bergart II: Lage tynnslip av bergartsprøver, og analysere i mikroskoper (petrografisk og SEM). 7: Sammensette analyser og svare på hovedspørsmålene i oppgaven. Krav for opptak/ Prereqesites: Bakgrunn I sedimentology og/eller geokjemi Fysiske forutsetninger for å kunne være med i felt (enkelt arbeid, men mulighet for arbeid i bratte skråninger. Ingen direkte klatring) Ønske eller mulighet til å ta en dual-msc (UiB + UNIS), og dermed ha et lengre opphold på Svalbard (seks måneder sammenhengende er ønskelig) Eksterne data? / External data?: Borekjerner fra SNSK vil være tilgjengelig for logging og prøvetaking Felt-, lab- og analyse- arbeid: Felt på Svalbard, med utganspunktet i gode blotninger frå Tertiær (Vestlige- til sørlige Spitsbergen) SEM, petrografisk mikroskop, XRD Foreslåtte emner i spesialiseringen (60 sp) / Proposed course plan during the master degree: (For eksterne kurs er studiepoeng i parantes) GEOV352, GEOV360, GEOV362, GEOV364, GEO347, Spesialpensum geokjemi (UiO/UNIS, 10), AG338 (UNIS, 10), AG 334 (UNIS, 10) Finansiering / Financing: Forsøk på å få støtte fra Arctic Field Grant (via Svalbard Science Forum/NFR) Masterarbeid finansieres av eksternt prosjekt ARCEx