準(zhǔn)確度高達(dá)99.99%！新方法用于監(jiān)測(cè)地下層信號(hào)變化，有助于推進(jìn)應(yīng)對(duì)氣候變化的新舉措

為減少溫室氣體的排放，將捕獲的二氧化碳儲(chǔ)存在地下和利用地?zé)崮馨l(fā)電是目前比較重要的兩項(xiàng)技術(shù)。然而，這兩項(xiàng)技術(shù)在實(shí)際運(yùn)用過程中都存在一定的風(fēng)險(xiǎn)，比如會(huì)存在二氧化碳泄漏或引發(fā)地震。為了應(yīng)對(duì)這些風(fēng)險(xiǎn)，我們迫切需要更好的監(jiān)測(cè)工具。

近日，日本九州大學(xué)的研究人員展示了一種使用小型地震源和光纖電纜，連續(xù)監(jiān)測(cè)地表下環(huán)境的新方法。該方法能夠準(zhǔn)確、頻繁地測(cè)量地面變化，有助于安全有效地實(shí)施應(yīng)對(duì)氣候變化的舉措。

由于成本限制，傳統(tǒng)的地震監(jiān)測(cè)通常以很長(zhǎng)的時(shí)間間隔進(jìn)行。數(shù)據(jù)之間的間斷，意味著很容易錯(cuò)過捕捉二氧化碳或地?zé)醿?chǔ)層的意外變化。研究小組開發(fā)的新方法使用一個(gè)小型震源，該震源旋轉(zhuǎn)17公斤的偏心重物來產(chǎn)生振動(dòng)以探測(cè)地面。

基于一種稱為分布式聲學(xué)傳感的技術(shù)，然后通過測(cè)量穿過光纖的光的變化，在埋入的光纖電纜（可能長(zhǎng)達(dá)數(shù)十公里）的數(shù)百個(gè)點(diǎn)上檢測(cè)振動(dòng)情況。

通過分析這些信號(hào)，研究人員可以確定孔隙壓力的變化—地下空隙內(nèi)流體的壓力。在現(xiàn)場(chǎng)部署的系統(tǒng)中，此類變化可能表明存在二氧化碳泄漏或地?zé)醿?chǔ)層發(fā)生變化。

為了測(cè)試這個(gè)新系統(tǒng)的有效性，研究人員在兩個(gè)地點(diǎn)進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)：日本西南部九州島上的一塊地?zé)崽锖腿毡緰|北部釜石附近的一個(gè)海成層。

現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果表明，新系統(tǒng)能夠以超過99.99%的準(zhǔn)確率識(shí)別被監(jiān)測(cè)地下層的信號(hào)變化，檢測(cè)到的信號(hào)變化代表與地?zé)嶙鳂I(yè)和降雨相關(guān)的孔隙壓力變化。

研究專家Takeshi Tsuji說：“我們的研究表明，通過將小型震源與分布式聲學(xué)傳感技術(shù)相結(jié)合，能夠更快地檢測(cè)到危險(xiǎn)信號(hào)并做出響應(yīng)，這對(duì)于推進(jìn)碳捕獲和儲(chǔ)存以及地?zé)崮荛_發(fā)項(xiàng)目至關(guān)重要。”

該研究論文題為“Continuous monitoring system for safe managements of CO2 storage and geothermal reservoirs”，已發(fā)表在Scientific Reports上。

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論文原文：https://www.nature.com/articles/s41598-021-97881-5

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