Fault reactivation potential during injection in the Gippsland Basin, Australia

The risk of fault reactivation in the Gippsland Basin was calculated using the FAST (Fault Analysis Seal Technology) technique, which determines fault reactivation risk by estimating the increase in pore pressure required to cause reactivation within the present-day stress field. The stress regime in the Gippsland Basin is on the boundary between strike-slip and reverse faulting: maximum horizontal stress $({\sim}\;40.5\;Mpa/km)$ > vertical stress (21 Mpa/km) ${\sim}$ minimum horizontal stress (20 MPa/km). Pore pressure is hydrostatic above the Campanian Volcanics of the Golden Beach Subgroup. The NW-SE maximum horizontal stress orientation $(139^{\circ}N)$ determined herein is broadly consistent with previous estimates, and verifies a NW-SE maximum horizontal stress orientation in the Gippsland Basin. Fault reactivation risk in the Gippsland Basin was calculated using two fault strength scenarios; cohesionless faults $(C=0;{\mu}=0.65)$ and healed faults $(C=5.4;\;{\mu}=0.78)$. The orientations of faults with relatively high and relatively low reactivation potential are almost identical for healed and cohesionless fault strength scenarios. High-angle faults striking NE-SW are unlikely to reactivate in the current stress regime. High-angle faults oriented SSE-NNW and ENE-WSW have the highest fault reactivation risk. Additionally, low-angle faults (thrust faults) striking NE-SW have a relatively high risk of reactivation. The highest reactivation risk for optimally oriented faults corresponds to an estimated pore pressure increase (Delta-P) of 3.8 MPa $({\sim}548\;psi)$ for cohesionless faults and 15.6 MPa $({\sim}2262\;psi)$ for healed faults. The absolute values of pore pressure increase obtained from fault reactivation analysis presented in this paper are subject to large errors because of uncertainties in the geomechanical model (in situ stress and rock strength data). In particular, the maximum horizontal stress magnitude and fault strength data are poorly constrained. Therefore, fault reactivation analysis cannot be used to directly measure the maximum allowable pore pressure increase within a reservoir. We argue that fault reactivation analysis of this type can only be used for assessing the relative risk of fault reactivation and not to determine the maximum allowable pore pressure increase a fault can withstand prior to reactivation.

호주 Gippsland Basin에서 주입 중 단층 재활성화의 가능성

현재의 응력장내에서 단층 재활성화를 야기하는데 필요한 공극압의 증가를 추정함으로써 재활성화 위험도를 결정하는 FAST(단층 분석 확인 기술)를 이용해 Gippsland Basin의 단층 재환성의 위험도가 계산되었다. Gippsland Basin의 응력 형태는 주향이동단층과 역단층의 경계부근으로서 즉, 최대 수평 압력$({\sim}40.5\;MPa/km)$ > 수직 압력(21 MPa/km) ${\sim}$ 최소 수평 압력(200 MPa/km)이다. 공극압은 Golden Beach Subgroup의 Campanian volcanics 상부에서 정수압이다. 여기에서 결정된 NW-SE 최대 수평 응력 방향$(139^{\circ}N)$은 이전의 측정값들과 대체로 일치하고 Gippsland Basin에서의 NW-SE 최대 수평 응력 방향을 입증한다. Gippsland Basin의 단층 재활성화 위험도는, cohesionless fault$(C=0;\;{\mu}=0.65)$와 healed fault$(C=5.4;\;{\mu}=0.78)$, 두 가지 단층 강도 시나리오를 이용해서 계산되었다. 상대적으로 높고 낮은 재활성화 가능성을 가진 단층들의 방향은 cohesionless fault 와 healed fault 모두에 대해 거의 동일하다. NE-SW 주향방향의 큰 각을 가진 단층들은 현재의 응력상태하에서는 재활성화 가능성이 거의 없다. SSE-NNW 과 ENE-WSW 방향의 큰 각을 가진 단층들이 단층 재활성화 위험도가 가장 높다. 부가적으로 NE-SW 주향 방향의 작은 각을 가진 단층(thrust 단층)은 상대적으로 높은 재활성화 위험도를 가지고 있다. 최적 방향 단층들에 대한 가장 높은 재활성화 위험도는 cohesionless fault에 대해서는 추정 공극압의 3.8MPa$({\sim}548psi)$ 증가(Delta P), healed fault에 대해서는 15.6MPa 증가에 해당된다. 이 논문에서 제시된 단층 재활성화 분석으로부터 얻은 공극압 증가의 절대값은 지구역학적인 모델(원위치 응력과 암석 강도 자료)에서의 불확실성으로 인해 큰 오차를 수반한다. 특히, 최대 수평 응력 강도와 단층 강도 자료는 좁은 범위에 한정되어 있지 않다. 그러므로 단풍 재활성화 분석은 저류층 내에서 최대로 허용할 수 있는 공극압 증가를 직접 측정하는데 사용될 수 없다. 이러한 종류의 단층 재활성화 분석은 단지 단층 재활성화의 상대적인 위험도의 평가에 사용될 수 있을 뿐이고, 재활성화에 앞서 단층이 견딜 수 있는 공극압 증가의 최대 허용치를 결정하는데는 사용할 수 없다고 주장하고자 한다.