Wykorzystanie sieci neuronowych oraz metod statystyki matematycznej do określania ciepła radiogenicznego skał mezo-paleozoicznych zapadliska przedkarpackiego w rejonie Tarnów-Dębica

• Autorzy: Gąsior I.

Warianty tytułu

EN

The use of neural networks and statistical methods for estimation of the radiogenic heat values in the Meso-Paleozoic rocks from the Tarnów-Dębica area of the Carpathian Foredeep

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W niniejszej pracy zaprezentowano metodykę umożliwiającą wyznaczenie ciepła radiogenicznego skał mezo-paleozoicznych w profilu otworów wiertniczych rejonu Tarnów-Dębica. Ciepło radiogeniczne określane jest standardowo w profilach otworów wiertniczych za pomocą wzoru Rybacha, uwzględniającego wyniki gęstościowego i spektrometrycznego profilowania gamma. Wymienione profilowania nie są wykonywane we wszystkich otworach wiertniczych, czasem badane są tylko fragmenty profilu otworu. W związku z tym istnieje konieczność konstrukcji modeli matematycznych, uwzględniających zależność wydzielanego ciepła radiogenicznego od litologii skał, ich składu mineralnego i parametrów petrofizycznych takich jak: porowatość, przewodność cieplna czy prędkość propagacji fali akustycznej. Badania laboratoryjne wykonane na materiale rdzeniowym z badanego rejonu obejmowały: ilościową analizę rentgenowską składu mineralogicznego, pomiary gęstości, gęstości objętościowej oraz porowatości, pomiary przewodności cieplnej, pomiary prędkości propagacji fal podłużnych i poprzecznych oraz pomiary zawartości naturalnych pierwiastków promieniotwórczych: uranu, toru i potasu. W procesie tworzenia modeli wykorzystano metody statystyki matematycznej: regresję liniową, wielokrotną, estymację nieliniową oraz metodę sieci neuronowych. Opracowaną metodykę zastosowano do ilościowej oceny ciepła radiogenicznego w profilach dziesięciu wybranych otworów wiertniczych rejonu Tarnów-Dębica. Wykreślono mapy średnich wartości ciepła radiogenicznego dla utworów: kredy górnej, jury górnej i środkowej oraz karbonu dolnego. Na podstawie profilowań ciepła radiogenicznego z wybranych otworów wiertniczych wykonano przestrzenny, schematyczny model rozkładu tego parametru dla warstw odpowiadającym następującym jednostkom stratygraficznym: dewon, karbon, trias, jura oraz kreda. Model ten, przedstawiony poprzez pięć profili korelacyjnych, określa hipotetyczną wartość ciepła w omawianym rejonie. Wykonano także korelację odcinkowych wartości strumienia cieplnego i średnich ważonych wartości ciepła radiogenicznego badanych skał.

EN

New method used for quantitative estimation of the radiogenic heat values in the profiles of the boreholes from Tarnów-Dębica area is presented in this work. Radiogenic heat is conventionally estimated in well profiles by the means of Rybach equation using the results of density and spectral gamma logs. These logs are not always performed and sometimes only part of the well profile is logged. That's why there is a necessity to generate mathematical models connecting radiogenic heat with the litology of rocks, their mineralogy and petrophysical parameters such as: porosity, heat conductivity, and velocity of wave propagation. Laboratory measurements, performed on core samples from the Tarnów-Dębica area, includes: quantitative mineralogical composition (X-ray analysis) density, bulk density, porosity, thermal conductivity, velocity of longitudal and transverse waves propagation, and natural radioactive elements (uranium, thorium and potassium) content. Additionally log data, among others gamma logs and velocity of longitudal wave propagation from the chosen boreholes from the investigated area were used in the new methodology. Mathematical models were generated with the use of the following statistical methods: linear regression, multiple regression analysis, non-linear estimation and networks. The obtained methodology was used for quantitative evaluation of the radiogenic heat values in ten chosen boreholes from the Tarnów-Dębica area. In the present study, maps of average radiogenic heat values for Upper Cretaceous, Upper and Middle Jurassic and Lower Carboniferous has been drafted. On the grounds of radiogenic heat logging from selected boreholes, spatial, schematic model of this parameter distribution has been prepared for the strata corresponding to the following stratygraphic units: Devonian, Carboniferous, Triassic, Jurassic and Cretaceous. This model, represented by five correlation models, determine hypothetic heat value in the region in question. The study also covers correlation of heat flux sectional values and weighed averages of radiogenic heat for examined rocks.

Słowa kluczowe

PL

sieci neuronowe; statystyka matematyczna; ciepło radiogeniczne; zapadlisko przedkarpackie; skały

EN

neural networks; statistical methods; radiogenic heat; Carpathian Foredeep; rocks

• Wydawca: Instytut Nafty i Gazu - Państwowy Instytut Badawczy
• Czasopismo: Prace Naukowe Instytutu Nafty i Gazu
• Rocznik: 2012
• Tom: nr 180
• Strony: 1--114
• Opis fizyczny: Bibliogr. 43 poz., tab., wykr.

Twórcy

autor

Gąsior I.

• Instytut Nafty i Gazu, Kraków

Bibliografia

• 1. Ali S., Orazulike D. M. 2010. Well Logs- Derived Radiogenic Heat Production in the Sediments of the Chad Basin, NE Nigeria. Journal of Applied Sciences 10 (10).
• 2. Bała M., Waliczek M. 2012. Obliczanie ciepła radiogenicznego osadów cechsztynu i karbonu na podstawie danych geofizyki otworowej w rejonie rafy Brońsko. Przegląd Geologiczny, vol. 60, nr 3.
• 3. Birch F. 1954. Heat from radioactivity, in Nuclear geology, edited by H. faul, pp. 148-174, Wiley & Sons, New York.
• 4. Boganik H.S. 1966. O roli radiogennego tiepła w fornirowaniu gieotiermalnych polej. [in] Gieotiermiczeskije Issliedowanija i ispolzowanije tiepła Zimli. Izd. Nauka. Moskwa.
• 5. Bucker C., Rybach L., 1996. A simple method to determine heat production from gamma-ray logs. Marine and Petroleum geology. Vol. 13, No 4.
• 6. Chandler A. Sfanberg, Chessman M.D., Gene Simmons, Smithson S.B., Gronlie G., Heiler K.S. 1974. Heat - Flow - Heat - Generation Studies in Norway. Tectonophysical, 23.
• 7. Ciechanowska M., Gąsior I. 1999. Ocena ciepła radiogenicznego na podstawie profilowań geofizyki wiertniczej. Sprawozdanie z Posiedzeń Komisji Naukowych PAN, oddział w Krakowie.
• 8. Ciechanowska M., Gąsior I. 2000. Ciepło radiogeniczne emitowane przez utwory mioceńskie przedgórza Karpat. „Nafta-Gaz”, nr 4.
• 9. Ciechanowska M., Gąsior I., Klaja J. 2000. Wpływ płuczki polimerowo- potasowej na profilowania geofizyki wiertniczej. „Nafta-Gaz”, nr 12.
• 10. Ciechanowska M., Kobyłecka A. 1999. Ocena termicznych właściwości skał oraz ciepła radiogenicznego emitowanego przez nie jako czynników wpływających na kształtowanie się skały macierzystej dla trzech wytypowanych otworów z rejonu Przedgórza Karpat i Karpat. Dokumentacja wynikowa IGNiG.
• 11. Darłak B., Włodarczyk M. 2001. Zastosowanie sztucznej sieci neuronowej do uzupełnienia danych zbiornikowych. Przegląd Geologiczny, vol. 49, nr 9.
• 12. Gąsior I. 2001. Analiza przestrzennego rozkładu ciepła radiogenicznego dla różnych serii litostratygraficznych w rejonie Kraków-Dębica. Praca statutowa.
• 13. Gąsior I., Zalewska J. 2006. Zastosowanie analizy skupień w interpretacji wyników badań zbiornikowych właściwości skał. Konferencja Naukowo Techniczna GEOPETROL nt.: „Problemy techniczne i technologiczne pozyskiwania węglowodorów a zrównoważonego rozwoju gospodarki”, Zakopane.
• 14. Gąsior I. 2007. Ocena możliwości stosowania metod sztucznej inteligencji do określania parametrów zbiornikowych w utworach czerwonego spągowca. „Nafta-Gaz”, Nr 10.
• 15. Gąsior I,, Przelaskowska A. 2008. Ocena współczynnika przewodności cieplnej na podstawie danych otworowych i profilowań geofizycznych w utworach fliszu karpackiego. „Nafta-Gaz”, Nr 7.
• 16. Gąsior I., Przelaskowska A. 2010. Charakterystyka parametrów termicznych skał mezopaleozoicznych z rejonu Kraków-Dębica. „Nafta-Gaz”, Nr 8.
• 17. Horai K., I., Nur A. 1970. Relationship among terrestrial heat flow, thermal conductivity and geothermal gradient. J. Geophys. Res. 75.
• 18. Jarzyna J., Opyrchał A., Mozgowoj D. 2007. Sztuczne sieci neuronowe dla uzupełnienia danych w geofizyce otworowej - wybrane przykłady. Kwartalnik AGH Geologia, t. 33, zesz. 4/L
• 19. Jolivet J., Bienfait G., Vigneresse, Cuney M. 1989. Heat flow and heat production in Brittany (Western France). Tectonophysics, 159.
• 20. Kissling E., Labhart T. P., Rybach L. 1978. Radiometrische Untersuchungen am Rotondogranit. Schweitz. mineral. petrogr. Mitt, 58.
• 21. Kobyłecka A. 2000. Ocena gęstości powierzchniowego strumienia cieplnego Ziemi w Karpatach na przykładzie otworów Draganowa-1, Tarnawa-1 i Zawada-8K. Konferencja Naukowo-Techniczna Geopetrol. Zakopane.
• 22. Korbicz J., Obuchowicz A., Uciński D. 1994: Sztuczne sieci neuronowe - Podstawy i zastosowania. Akademicka Oficyna Wydawnicza PLJ, Warszawa.
• 23. Krawiec J. 2007a. Ciepło radiogeniczne generowane przez mioceńskie utwory piaskowcowo-ilaste w rejonie złoża Husów „Nafta-Gaz”, 63: 175-178.
• 24. Krawiec J. 2007b. Correlation radiogenic heat production with presence of organic matter - qualitative analysis. Proc. Near Surface 2007. 13th European meeting of environmental and engineering geophysics, 3-5 September 2007, Istanbul, Turkey. Extended abs- tracts & exhibitors catalogue.
• 25. Lachenbruch A. H. 1970. Crustal temperature and heat production: implications of the linear heat- flow relation. Journal of Geophysical Research, vol. 75.
• 26. Lachenbruch A. H. 1970. Implication of linear heat flow relation. Journal of Geophysical Research, vol. 76.
• 27. Majorowicz J., Jessop M.M. 1981. Regional Heat Flow Patterns in the Western Canadian Sedimentary Basin. Tectonophysics, 7.
• 28. Mukai M., Yamaguchi T., Komura K., Furumoto M., Nagao T. 1999. Measurement of radioactive heat generation in rocks by means of gamma ray spectrometry. Proc. Japan Acad., 75, Ser. B.
• 29. Plewa M. 1991. The Heat Flow on the Polish Territory. Zeszyty naukowe AGH. Geofizyka Stosowana, z. 8.
• 30. Plewa M. 1988. Wyniki badań ciepła radiogenicznego skał obszaru Polski. Zeszyty Naukowe AGH. Geofizyka Stosowana, z. 1.
• 31. Plewa M. 1991. The Heat Flow on the Polish Territory. Zeszyty Naukowe AGH, Geofizyka Stosowana, z. 8.
• 32. Plewa S. 1977. Radiogeniczne ciepło Ziemi w obszarze Polski. Sprawozdanie z posiedzeń Kom. Nauk. Geol. PAN Oddział Kraków 21.
• 33. Plewa S. 1994. Rozkład parametrów geotermicznych na obszarze Polski. Wyd. CPPGSM i PAN, Kraków
• 34. Roy R.F., Blackwell D.D. and Birch F. 1968. Heat generation of plutonic rocks and continental heat flow provinces. Earth Planet. Sci. Lett. 5.
• 35. Roy R., Blackwell D., Decker E.R. 1971. Continental heat flow The nature of the solid. ed. Robertson E. C., Mc Graw-Hill, N. Y.
• 36. Rybach L. 1973. Warmeproduktionsbestimmungen an Gesteinen der Schweizer Alpen. Beitrage zur Geologie der Schweiz. Lieferung 51, Zurich.
• 37. Rybach L. 1976. Radioactive Heat Production in Rocks and its Relation to other Petrophysical Parameters. Pageoph, vol. 114, Birkhauser Verlag, Basel.
• 38. Rybach L., Bunterbarth G. 1986. The realation between seismic velocity and heat production- critical comments. Earth Planet. Sci. Lett. 83.
• 39. Schlumberger. 1974. Interpretacja materiałów geofizyki wiertniczej. cz. 1 zasady interpretacji. Warszawa. Wydawnictwa Geologiczne.
• 40. Serra, O., Baldwin, J., Quirein J. 1980. Theory, interpretation and practical applications of natural gamma ray spectroscopy: Transactions of the Society of Professional Well Log Analysts 21st Annual Symposium.
• 41. Serra O. 1984. Fundamentals of Well-Log Interpretation. 1 Acquisition of Logging Data. Amsterdam, Elsevier.
• 42. Sroka K. 2000. Związek wartości strumienia cieplnego Ziemi z ciepłem radiogenicznym w utworach fliszowych na profilu Kraków-Zakopane. Konferencja Naukowo- -Techniczna Geopetrol. Zakopane.
• 43. Swakoń J., Zorski T. 2001. Badania promieniotwórczości ośrodka skalnego w celu rozpoznania geologicznego oraz oceny bezpieczeństwa radiacyjnego środowiska. Konferencja nt. Geofizyka w inżynierii i ochronie środowiska dla potrzeb samorządności lokalnej. Dębe.