High-resolution seismic reflection investigation of gas accumulation and seepage in the tidal channels of the Ria of Aveiro barrier lagoon (Portugal)

Abstract

O metano é um gás de estufa potente e uma importante fonte de energia. A importância global e impacto em zonas costeiras de acumulações e escape de gás metano são ainda pouco conhecidas. Esta tese investiga acumulações e escape de gás em canais de maré da Ria de Aveiro com dados de cinco campanhas de reflexão sísmica de alta resolução realizadas em 1986, 1999, 2002 e 2003. Estas incluem três campanhas de Chirp (RIAV99, RIAV02 e RIAV02A) e duas campanhas de Boomer (VOUGA86 e RIAV03). O processamento dos dados de navegação incluíram filtros de erros, correcções de sincronização de relógios de sistemas de aquisição de dados, ajuste de “layback” e estimativa da posição de “midpoint”. O processamento do sinal sísmico consistiu na correcção das amplitudes, remoção de ruído do tipo “burst”, correcções estáticas, correcção do “normal move-out”, filtragem passabanda, desconvolução da assinatura e migração Stolt F-K. A análise da regularidade do trajecto de navegação, dos desfasamentos entre horizontes e dos modelos de superfícies foi utilizada para controlo de qualidade, e permitiu a revisão e melhoria dos parâmetros de processamento. A heterogeneidade da cobertura sísmica, da qualidade do sinal, da penetração e da resolução, no seu conjunto constrangeram o uso dos dados a interpretações detalhadas, mas locais, de objectos geológicos da Ria. É apresentado um procedimento para determinar a escolha de escalas adequadas para modelar os objectos geológicos, baseado na resolução sísmica, erros de posicionamento conhecidos e desfasamentos médios entre horizontes. As evidências de acumulação e escape de gás na Ria de Aveiro incluem turbidez acústica, reflexões reforçadas, cortinas acústicas, domas, “pockmarks” e alinhamentos de “pockmarks” enterradas, horizontes perturbados e plumas acústicas na coluna de água (flares). A estratigrafia e a estrutura geológica controlam a distribuição e extensão das acumulações e escape de gás. Ainda assim, nestes sistemas de baixa profundidade de água, as variações da altura de maré têm um impacto significativo na detecção de gás com métodos acústicos, através de alterações nas amplitudes originais de reflexões reforçadas, turbidez acústica e branqueamento acústico em zonas com gás. Os padrões encontrados confirmam que o escape de bolhas de gás é desencadeado pela descida da maré. Há acumulações de gás em sedimentos Holocénicos e no substrato de argilas e calcários do Mesozóico. Evidências directas de escape de gás em sondagens em zonas vizinhas, mostraram gás essencialmente biogénico. A maioria do gás na área deve ter sido gerado em sedimentos lagunares Holocénicos. No entanto, a localização e geometria de estruturas de escape de fluidos em alguns canais de maré, seguem o padrão de fracturas do substrato Mesozóico, indicando uma possível fonte mais profunda de gás e que estas fracturas funcionam como condutas preferenciais de migração dos fluidos e exercem um controlo estrutural na ocorrência de gás na Ria.

Methane is a powerful greenhouse gas and an important energy source. The global importance and impact in coastal zones of methane gas accumulation and seepage in sediments from coastal lagoon environments is still largely unknown. This Ph.D. investigates gas accumulation and seepage in tidal channels of the Ria of Aveiro with data from five high resolution seismic surveys carried out in 1986, 1999, 2002 and 2003. These include three Chirp surveys (RIAV99, RIAV02, RIAV02A) and two Boomer surveys (VOUGA86 and RIAV03). The navigation data processing included instrumental error filters, system clock synchronization corrections, layback adjustment and trace midpoint position estimate. The seismic signal processing consisted in amplitude corrections, burst noise removal, static corrections, normal move-out corrections, band-pass filtering, spike deconvolution and Stolt F-K migration. The analysis of the track line regularity, the horizon misties and the first-break surface models were applied as quality control procedures, and allowed the revision and improvement of the processing parameters. The heterogeneity of the seismic coverage, signal quality, penetration and resolution all constrain the use of the data to mostly local but detailed interpretations and modeling of the geological objects of the Ria of Aveiro. A procedure is presented to determine adequate choice of scales of these geological models based on the seismic resolution, known positioning errors and mean mistie values. Evidence of extensive gas accumulation and seepage in tidal channel sediments from the “Ria de Aveiro” barrier-lagoon includes acoustic turbidity, enhanced reflections, acoustic blanking, domes, pockmarks and buried aligned pockmarks, disrupted horizons and acoustic plumes in the water layer (flares). The stratigraphy and the structural framework control the distribution and extent of the gas accumulations and seepage in the study area. However, in these shallow systems, tidal altitude variations have a significant impact on gas detection with acoustic methods, by changing the raw amplitude of the enhanced seismic reflections, acoustic turbidity and acoustic blanking in gas-prone areas. Amplitudes are clearly stronger during low tide with maxima during ebb, decreasing with flood with minima during high tide; this pattern confirms that bubbling and gas escape is triggered mainly by the falling tide. There are accumulations of gas both in the Holocene sediments and in the Mesozoic bedrock of marls and clays. Direct evidence of gas escape from drill-holes in the surrounding area has shown that the gas recovered in the “Ria de Aveiro” consists of biogenic methane. Most of the gas in the study area was probably mainly generated in Holocene lagoon sediments. Nevertheless, the location and geometry of fluid escape features in some channels follows the fracture pattern affecting the Mesozoic bedrock, indicating a possible deeper source of gas and that these fractures function as preferential pathways for fluid migration and exert a structural control on gas occurrences in the Ria of Aveiro.