[논문 리뷰] 3-D Magnetotelluric Investigations for geothermal exploration in Martinique (Lesser Antilles). Characteristic Deep Resistivity Structures, and Shallow Resistivity Distribution Matching Heliborne TEM Results

Nicolas Coppo, Jean-Michel Baltassat외 10명|arXiv (Cornell University)|2015. 01. 26.

Geophysical and Geoelectrical Methods참고 문헌 23인용 수 10

한 줄 요약

이 연구는 마르티니크의 세 곳의 지열 자원 가능 지역에서 3차원 자기타원법(MT) 역모의를 수행하여 volaric 역사와 관련된 명확한 깊은 저항도 구조를 규명하였다. 3차원 MT 모델링이 스케일과 정적 이동 차이에도 불구하고 헬리콥터 기반 TEM 데이터에 의해 검증된 바와 같이, 얕은 저항도 분포를 정확히 재현함을 입증하였다.

ABSTRACT

Within the framework of a global French program oriented towards the development of renewable energies, Martinique Island (Lesser Antilles, France) has been extensively investigated (from 2012 to 2013) through an integrated multi-methods approach, with the aim to define precisely the potential geothermal ressources, previously highlighted (Sanjuan et al., 2003). Amongst the common investigation methods deployed, we carried out three magnetotelluric (MT) surveys located above three of the most promising geothermal fields of Martinique, namely the Anses d'Arlet, the Montagne Pel{é}e and the Pitons du Carbet prospects. A total of about 100 MT stations were acquired showing single or multi-dimensional behaviors and static shift effects. After processing data with remote reference, 3-D MT inversions of the four complex elements of MT impedance tensor without pre-static-shift correction, have been performed for each sector, providing three 3-D resistivity models down to about 12 to 30 km depth. The sea coast effect has been taken into account in the 3-D inversion through generation of a 3-D resistivity model including the bathymetry around Martinique from the coast up to a distance of 200 km. The forward response of the model is used to calculate coast effect coefficients that are applied to the calculated MT response during the 3-D inversion process for comparison with the observed data. 3-D resistivity models of each sector, which are inherited from different geological history, show 3-D resistivity distribution and specificities related to its volcanological history. In particular, the geothermal field related to the Montagne Pel{é}e strato-volcano, is characterized by a quasi ubiquitous conductive layer and quite monotonic typical resistivity distribution making interpretation difficult in terms of geothermal targets. At the opposite, the resistivity distribution of Anse d'Arlet area is radically different and geothermal target is thought to be connected to a not so deep resistive intrusion elongated along a main structural axis. Beside these interesting deep structures, we demonstrate, after analyzing the results of the recent heliborne TEM survey covering the whole Martinique, that surface resistivity distribution obtained from 3-D inversion reproduce faithfully the resistivity distribution observed by TEM. In spite of a very different sampling scale, this comparison illustrates the ability of 3-D MT inversion to take into account and reproduce static shift effects in the sub-surface resistivity distribution.

연구 동기 및 목표

• 3차원 자기타원법(MT) 역모의를 통해 마르티니크의 지열 자원 가능 지역에서 깊은 저항도 구조를 규명하기.
• 복잡한 volaric 지형에서 MT 데이터 해석에 있어 해안 효과와 정적 이동의 영향을 평가하기.
• 3차원 MT로 유도된 저항도 모델을 헬리콥터 기반 TEM 데이터와 비교하여 얕은 저항도 분포의 검증하기.
• 정적 이동 효과가 존재하는 상황에서도 3차원 MT 역모의가 하부 지질 저항도 이질성을 효과적으로 포착할 수 있는지 평가하기.
• 국가 재생 가능 에너지 프로그램 내 통합 지구물리 모델링을 통해 마르티니크의 지열 자원 평가를 지원하기.

제안 방법

• Anse d'Arlet, Montagne Pelée, Pitons du Carbet 지역에서 3개의 MT 조사 수행. 약 100개의 관측점 확보. 다차원 응답 및 정적 이동 포함.
• 문화적 노이즈를 감소시키고 데이터 품질을 향상시키기 위해 원격 기준 처리 적용.
• 정적 이동 보정 없이 4개의 임피던스 텐서 성분을 모두 사용해 3차원 MT 역모의 수행. 자연스러운 저항도 분포 유지.
• 해저 깊이 및 해안 저항도 효과를 포함한 3차원 저항도 모델을 해안에서 약 200km까지 확장하여 해안-해양 영향 반영.
• 해안 효과 계수를 정방향 모델링을 통해 계산하여 MT 응답을 조정하고, 더 나은 데이터 비교를 위한 역모의 과정에 통합.
• 전체 섬을 커버하는 최근의 헬리콥터 기반 TEM 조사 데이터와 비교하여 3차원 MT 결과의 표면 저항도 정확도 평가.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 3차원 자기타원법 역모의는 복잡한 volaric 역사를 지닌 마르티니크 지열 지역에서 깊은 저항도 구조를 어떻게 드러내는가?
• RQ2 스케일 차이와 정적 이동 효과가 존재하는 상황에서도 3차원 MT 역모의가 얕은 저항도 분포를 얼마나 정확히 재현할 수 있는가?
• RQ3 해안 및 해양 저항도 효과는 volaric 섬 환경에서 MT 데이터 해석에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ4 헬리콥터 기반 TEM 데이터와 비교해 볼 때 3차원 MT 모델이 얕은 깊이에서의 저항도 분포를 신뢰성 있게 검증할 수 있는가?
• RQ5 마르티니크의 리틀 앤틀리스 지역에서 다양한 지열 자원 가능 지역은 어떤 특징적인 저항도 서명을 보이는가?

주요 결과

• Montagne Pelée 지열 지역은 균일한 저항도 분포를 보이는 광범위한 도전성 층을 나타내어 직접적인 지열 목표 지점 식별을 어렵게 한다.
• Anse d'Arlet 지역은 주요 구조 축을 따라 연장된 뚜렷한 저항성 인트루전을 보이며, 얕은 지열 목표지로의 가능성을 시사한다.
• 3차원 MT 역모의가 Montagne Pelée 및 Anse d'Arlet 지역의 저항도 구조를 성공적으로 포착하여, 각각의 다른 volaric 및 구조적 역사를 반영하였다.
• 데이터 획득 스케일과 정적 이동 효과의 차이에도 불구하고, 3차원 MT로 유도된 얕은 저항도 모델은 헬리콥터 기반 TEM 관측 결과와 매우 유사하게 일치하였다.
• 해저 깊이 및 해안 효과 모델링을 통합함으로써 3차원 MT 역모의 결과의 정확도가 해안 지역에서 크게 향상되었다.
• 이 연구는 3차원 MT 역모의가 정적 이동 효과를 효과적으로 모델링하고, 복잡한 지질 환경에서 현실적인 하부 지질 저항도 분포를 재현할 수 있음을 확인하였다.