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A reduced complexity ocean-atmosphere-sea ice model is developed to study the transient response of climate to Milankovitch forcing. The ocean component is a zonally averaged model of the meridional overturning circulation in different basins. The atmospheric component is a one-dimensional (latitudinal) energy-moisture balance model. A thermodynamic sea-ice model is used. The following numerical experiments are performed with this model. First, two time-dependent solutions of the model are obtained for the time interval 5-3 Myr BP. One solution does not include sea ice and the Arctic Ocean; the other solution does include these two features. A fixed hydrological cycle is used in both solutions. The main results from these experiments are the following: (i) changes in annual-mean surface air temperature mainly follow the obliquity-driven changes in annual-mean insolation, (ii) the partition of annual-mean ocean temperature variability among different Milankovitch frequencies significantly varies with latitude and depth, (iii) sea ice acts as a time-integrator of summer insolation changes so that the area and volume of sea-ice cover mainly oscillate at the obliquity frequency, and (iv) austral sea ice diminishes the temperature variability of deep water of southern origin. Second, one more time-dependent solution of the model is obtained for the last 1 Myr. For this solution, the model version without the Arctic Ocean and sea ice is extended to include an active hydrological cycle. When a changing hydrological cycle is included it is found that (i) the response of annual-mean surface air and ocean temperatures does not significantly change, and (ii) annual-mean hydrological variables (e.g., evaporation rate) mainly oscillate near the obliquity frequency. The long-term deep ocean temperature changes found in our model solutions are qualitatively consistent with similar variability observed in benthic forami / Dans cette recherche nous développons un modèle océan-atmosphère-glace de mer de complexité réduite afin d'étudier la réponse transitoire du climat au forçage de Milankovitch. La composante océanique est un modèle zonalement intégré de circulation océanique. La composante atmosphérique est un modèle unidimensionnel (latitudinal) du bilan énergétique de l'atmosphère. Nous utilisons un modèle thermodynamique de glace de mer. Les expériences numériques suivantes sont réalisées sur la base de ce modèle.Premièrement, deux expériences numériques sont effectuées pour l'intervalle de temps 5-3 Myr BP. Une expérience ne comprend pas la glace de mer, ni l'Océan Arctique; l'autre expérience comprend ces deux caractéristiques. Un cycle hydrologique fixe est utilisé dans les deux cas. Les résultats principaux de ces expériences sont: (i) les changements de la température de l'atmosphère suivent principalement les changements de la moyenne annuelle d'insolation induits par l'obliquité, (ii) la partition de la variabilité de la température moyenne annuelle de l'océan parmi différentes fréquences de Milankovitch varie d'une manière significative en fonction de la latitude et de la profondeur, (iii) la glace de mer intègre les changements d'insolation pendant l'été, de sorte que le volume et la surface occupée par la glace de mer oscillent principalement avec la période d'obliquité, et (iv) la glace de mer australe diminue la variabilité de température de l'eau profonde.Deuxièmement, une autre expérience numérique est obtenue pour le dernier million d'années. Pour cette expérience la version du modèle sans l'Océan Arctique est modifiée pour inclure un cycle hydrologique actif. Lorsque un cycle hydrologique changeant est inclus, nous avons trouvé que (i) la réponse de la moyenne annuelle des températures de l'atmosphère et de l'océan ne change pas d'u

This thesis examines the seismic responses of potential hydrocarbon charged sandstone reservoirs within the Torok xxxFormation in a northern portion of the National Petroleum Reserve – Alaska (NPRA). By integrating wireline logs, 3D seismic data, seismic attributes and modeling, I show that the most prospective sandstones are those characterized by a decrease in their p-wave, an increase in their s-wave, a suggested increase in porosity (by the density wireline log), and a decrease in Poisson's ratio which causes AVO anomalies Class II and III. Similar to other sandstones deposited in turbidite channels in the NPRA, some of these potentially porous Lower Torok sandstones show an increase in their absolute amplitude values with an increasing offset (negative gradient) and a negative or positive intercept. This work suggests that those amplitude anomalous responses could be due to the presence of fluid saturated sandstones, which cause the decrease and corresponding increase in p and s-waves that result in a low Poisson's ratio and in the definition of the Class II and III AVO anomalies. / Cette thèse étudie la réponse sismique de réservoirs potentiels chargés d'hydrocarbure, formés de grès appartenant à la formation Torok et situés dans la partie nord de la réserve nationale d'hydrocarbure de l'Alaska (NPRA). En intégrant les diagraphies, les données sismiques 3D, les attributs sismiques et la modélisation, je démontrons que les grès les plus prospectifs sont caractérisés par une diminution de leur amplitude d'onde de compression, une augmentation de leur amplitude d'onde transversale, une augmentation suggérée de la porosité (diagraphie de densité) et une diminution du coefficient de Poisson qui cause des anomalies AVO (variation de l'amplitude avec le déport) de classe II et III.Comme pour d'autres grès déposés dans des chenaux de turbidite dans la région du NPRA, certains de ces grès potentiellement poreux de la formation Lower Torok démontrent une augmentation de leur valeur absolue d'amplitude avec un déport augmentant (gradient négatif) et une valeur positive ou négative pour un déport de zéro. Ce travail suggère que ces réponses d'amplitudes anormales pourraient être causées par la présence de grès saturés en fluide, ce qui cause une diminution de l'amplitude des ondes de compression et une augmentation correspondante de l'amplitude des ondes transversales, ce qui résulte en un coefficient de Poisson moins élevé et en une définition des anomalies AVO de classe II et III.

This thesis presents estimates of gas hydrate distribution and saturation utilizing data from the four IODP Expedition 311 drilling sites, located at the northern Cascadia Margin. The objectives are to constrain geologic models of hydrate formation by determining mechanisms controlling magnitude and distribution of hydrate occurrences, finding pathways enabling fluid migration, and examining the effect of hydrate on physical properties of the sediment. Well log and core data are used to calculate hydrate concentrations, complemented by pore-fluid geochemical data. Correlation of seismic and logging data is achieved through synthetic seismograms. Lithology and faulting appears to control hydrate occurrences, which contradicts established hydrate formation models. Individual sedimentary layers (e.g. turbidites) and abundant faults act as migration pathways for fluids and gas explaining the high hydrate concentrations at shallow depths of less than 100 meters below seafloor, instead of the previously predicted enrichment near the base of the hydrate stability zone. / Cette thèse présente des estimations de la distribution et de la saturation des hydrates de gaz, en utilisant des données provenant des quatres sites des forages océaniques effectués durant l’expédition 311 de l’IODP, situés au nord de la marge de Cascadia. Les objectifs de cette étude sont d’établir des modèles géologiques d’hydrates de gaz en déterminant les mécanismes contrôlant leurs ampleurs et leurs distributions, les voies permettant la migration de fluides, en plus d’examiner l’effet des hydrates sur les propriétés physiques de sédiment. Les concentrations d’hydrates sont calculées à partir des données provenant de techniques de diagraphie et de carottage, complétées par des données géochimiques. La calibration de données sismiques est faite à l’aide d’informations issues des diagraphies de puits, générant des sismogrammes synthétiques. Les failles et la lithologie contrôlent l’occurrence des hydrates, contredisant certains modèles géologiques déjà établies. Les couches individuelles de sédiments (e.g. turbidites) et l’abondance de failles deviennent des voies de migration pour l’accumulation de fluides et de gaz. Ceci expliquerait les hautes concentrations d’hydrates présent à 100 mètres en-dessous du fond de la mer, et non comme un enrichissement, prédis précédemment près de la base de la zone de stabilité des hydrates.

The Lower Cretaceous Mannville Group in East-Central Alberta is one of the main targets for hydrocarbon exploration in Western Canada, typically associated with stratigraphic controls. The depositional environment is diverse, ranging from fluvio-continental to shallow marine. Mannville Group strata overlie a major unconformity that separates them from predominantly carbonate rocks of the Paleozoic (Devonian). This study sought to integrate well and 3-D seismic data to create a stratigraphic architecture for the zone of interest. Seismic inversion was applied to the data and proved to be an excellent tool for mapping the unconformity, clearly distinguishing between the clastic rocks above, and the units below. The inversion result was included as part of a seismic attribute study applied to the dataset. Stepwise regression and validation testing indicated that a combination of six attributes was found to provide the best set able to predict log-derived physical properties related to lithology (gamma-ray) using the seismic data. This result was used to train a neural network, and finally, a pseudo-lithology volume able to estimate the distribution of lithology within the Mannville Group over the whole 3-D survey was generated. New stratigraphic features that were non-apparent in the original amplitude seismic version were discovered using the inversion and the pseudo-lithology volumes. The results of this study show how comparing the three different 3-D seismic versions can be useful for understanding the stratigraphic complexity of the Mannville. The extensive methodology approach presented herein can be used for analog purposes in Western Canada as well as in any other geological setting. / La Formation Mannville (Crétacé Inférieur) du Centre Est de l'Alberta est l'un des principaux objectifs concernant l'exploration des hydrocarbures, typiquement associés à un contrôle stratigraphique. Les environnements de dépôts sont variés, allant du domaine fluvio-continental au domaine marin. Les dépôts de la Formation Mannville reposent sur une discordance stratigraphique majeure qui les sépare des dépôts carbonatés du Paléozoïque (Devonien). Nous avons cherché à intégrer des données de puits pour reconstituer l'architecture stratigraphique dans la zone d'étude. L'inversion sismique à été appliquée aux données existantes, et s'est trouvée être un excellent outil pour cartographier les discordances, faisant clairement la distinction entre les dépôts silico-clastiques des dépôts carbonatés en dessous. Les résultats de l'inversion ont ensuite été utilisés comme faisant partie des attributs sismiques appliqués au jeu de données dans le but de rechercher si la distribution des sédiments silici-clastiques dans la zone d'étude peut être distinguée d'un point de vu sismique. A travers une analyse de régression point par point, une combinaison de six attributs à fourni le meilleur jeu capable de prédire l'information lithologique dans les données sismiques dérivées des données de puits (Gamma-Ray). Ce résultat a été transféré dans un réseau de neurones, qui utilise cette relation pour s'entraîner à prédire la réponse du Gamma-Ray au delà des points de contrôle dans le volume sismique. Cela conduit à la génération d'un volume informé en pseudo-lithologie capable d'estimer la distribution de la lithologie à l'intérieur de le Formation Mannville sur l'ensemble de l'étude 3-D. Ce nouveau volume est capable de mettre en évidence les caractéristiques stratigraphiques invisibles avec l'amplitude sismique et dans les volumes d'inversion. Ce

In deep hard rock mines where high stress conditions take place, rockbursts are serious problems because rockbursts could result in severe damage to mine openings. It is widely recognized that mining activities could reactivate faults in underground mines. The reactivation of faults could then cause fault-slip. More importantly, fault-slip gives rise to seismic waves, which inflict severe damage to mine openings. Because the generation and propagation of seismic waves are dynamic phenomena, fault-slip needs to be also dealt with as a dynamic phenomenon. Both of the static and dynamic behaviour of faults should be examined, considering the effects of mining activities on the faults, in order to estimate the damage induced by the seismic waves First, a literature review is conducted. The review has revealed that although a number of dynamic and static friction laws have been proposed, the friction laws have been rarely employed for the simulation of fault-slip in underground mines. The review has also revealed that most of the simulations have been conducted in static conditions. In this thesis, dynamic modelling of mining-induced fault-slip is presented using a mine-wide model encompassing a fault. Furthermore, a case study of Garson Mine, Sudbury, Canada is carried out. A parametrical study with a mine-wide 3D model has led to the following conclusions: (a) mining depth, friction angle of the fault, and fault locations exert a large influence on the maximum relative shear displacements on the fault, while the dilation angle and stiffness of the fault do not, (b) maximum slip rates appear to increase with the maximum slip. Results obtained from the numerical analysis employing Barton's shear strength model have shown that fault surface roughness strongly affects the intensity of seismic waves and seismically radiated energy. The results imply that fault-slip occurring on faults with rough surfaces could become more violent. The effect of stope production blasts on a nearby fault is also examined. The results obtained from the analysis have indicated that performing stope production blasts in timed sequence could induce a larger seismic event on the fault than triggering the blasts simultaneously. Dynamic analysis considering the collision and unloading of fault surface asperities is also conducted. It is found that the release of normal stress due to fault unloading has a large influence on the intensity of seismic waves. The effect of slip-weakening distance on seismic source parameters of fault-slip is also investigated. The study has indicated that slip rates and seismically radiated energy are significantly affected by the slip-weakening distance, while seismic moment appears not to be susceptible to the slip-weakening distance in a case of local fault-slip.Back analysis of fault-slip to estimate the physical and mechanical properties of shear/fracture zones is carried out for Garson Mine. The back analysis is conducted with respect to moment magnitude and peak particle velocities recorded by seismic monitoring systems. Fault surface roughness and a dynamic friction angle have been calibrated. Afterwards, the calibrated values are validated with peak ground acceleration. Through the study, a methodology to calibrate the physical and mechanical properties of faults by means of ground motion due to seismic waves arising from fault-slip as well as seismic source parameters of the fault-slip has been developed. / Dans les mines profondes ou des contraintes élevées se produisent, les coups de terrain sont un problème car les ils peuvent endommager les ouvertures minières. Il est largement reconnu que les activités minières peuvent réactiver des failles dans les mines sous-terraines. La réactivation de ces failles peut entrainer un glissement de faille. Surtout, le glissement de faille fait naitre des ondes sismiques qui infligent des dégâts sérieux quand elles frappent la surface des ouvertures minières. La génération et la propagation des ondes sismiques sont des phénomènes dynamiques. Il s'ensuit donc que le glissement de faille doit être traité comme un phénomène dynamique Le comportement dynamique ainsi que le comportement statique des failles doit être examiné en considérant les effets des activités minières pour estimer les dégâts causés par les ondes sismiques.Premièrement, un examen de la documentation est effectué. L'examen a révélé que même si un nombre de lois statiques et dynamiques de frottement ont été proposés, ces lois de frottement ont été peu employés pour simuler les glissements de faille que se déroulent dans les mines sous-terraines. La revue a aussi révélé que la majorité des simulations ont été conduites en conditions statiques. Dans cette thèse, la modélisation dynamique d'un glissement de faille induit par des activités minières est présentée. Le modèle englobe l'entièreté d'une mine. En plus, une étude de cas pour la mine Garson à Sudbury, au Canada, est effectuée.Une étude paramétrique avec un modèle de mine en trois dimensions mène aux conclusions suivantes: (a) la profondeur d'exploitation minière, l'angle de friction de la faille, et la position de la faille ont une grande influence sur les déplacement relatifs en cisaillement d'une faille, tandis que l'angle de dilation de la faille et la dureté ont peu d'effet, (b) le taux de glissement maximal augmente en fonction du glissement absolu. Les résultats obtenus du modèle numérique dans lequel le modèle de résistance au cisaillement de Barton est implémenté ont démontré que la rugosité de la surface de la faille affecte grandement l'intensité des ondes sismiques qui émanent du glissement de faille et l'énergie sismique propagée. Les résultats impliquent qu'un glissement de faille survenant à une faille rugueuse est plus violent. L'effet produit par un sautage de production sur une faille proche est aussi examiné en considérant plusieurs séquences de sautage. Les résultats de l'analyse indiquent qu'un sautage de production exécuté selon une séquence temporelle peut induire un plus grand événement sismique qu'un sautage simultané. Une analyse dynamique tenant compte la collision et le déchargement d'une faille est aussi conduite. Il est démontré que le relâchement de la contrainte normale à la faille a une grande influence sur l'intensité des ondes sismiques. L'effet de la distance d'affaiblissement de faille due glissement sur les paramètres sismiques est aussi examiné L'étude indique que le taux de glissement et l'énergie sismique émanée sont significativement affectés par la distance d'affaiblissement de faille, tandis que le moment sismique n'est pas susceptible à la distance d'affaiblissement dans le cas ou le glissement de faille se déroule seulement dans une zone limitée. Pour estimer l'effet des propriétés physiques et mécaniques de la zone de cisaillement, une analyse régressive est exécutée pour la mine Garson. L'analyse est conduite selon la magnitude du moment et la vitesse de crête des particules. La rugosité de la surface de la faille et l'angle de friction dynamique sont étalonnés. Ensuite, les paramètres étalonnés sont validés par rapport à l'accélération maximale du terrain. À travers l'étude, une méthodologie pour étalonner les propriétés physiques et mécaniques de la faille selon l'étude du mouvement du terrain due aux ondes sismiques émanant d'un glissement de faille est développé.

This thesis describes the use of both steady state and transient radial flow tests for determining the permeability of the argillaceous Lindsay Limestone. The results obtained from this research investigation are compared with data available in the literature for similar argillaceous limestones found in the Lindsay (Cobourg) formation. The efficiency and consistency of the transient and steady state results show computational modeling using finite element programs such as COMSOL Multiphysics™ can be used, under the appropriate meshing scheme, to analyse test results on low permeability geomaterials. The results give a permeability range between 1 x 10^-22 m^2 to 1.68 x 10^-19 m^2 with flow along the bedding plane under unconfined conditions. The permeability of the Lindsay Limestone is of importance in understanding and predicting radionuclide spread within a proposed Deep Ground Repository for storing radioactive waste. / Cette thèse décrit l'utilisation de deux tests; un test de pression statique et un test transitoire pour déterminer la perméabilité de la Roche Calcaire Lindsay. Les résultats obtenu par cette recherche sont comparés avec les résultats accessibles dans la littérature pour du calcaire argileux semblable trouvé dans la Formation Lindsay (Cobourg). La efficacité et consistance de les tests transitoires et statiques montre que le modelage computationnel utilisant les programs d'éléments fini comme COMSOL Multiphysics™ peut être utilisait, sous le bonne schème de mailles, pour analyser les résultats sur les géomatériaux a bas perméabilité. Les résultats donne une gamme de perméabilité entre 1 x 10^-22 m^2 et 1.68 x 10^-19 m^2 avec le flux occurrent dans la direction de la stratification sous les sans confinement. La perméabilité de la Roche Calcaire Lindsay est d'importance pour comprendre et prédiquer la diffusion de déchets radioactif dans un dépôt profond dans le sol qui est proposé.

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