Akustiske bølger giver et skub til seismisk billeddannelse i realtid

En fjernmålingsteknik, der kan detektere ændringer i realtid i underjordiske miljøer, har gennemgået en vellykket test i ørkenen lige uden for KAUST-campus i Thuwal, Saudi Arabien.

For at undgå den tidskrævende og destruktive påvirkning af boring, geologer henvender sig i stigende grad til en tilgang kendt som seismisk billeddannelse. Denne procedure bruger soniske kilder på mange forskellige steder til at sende akustiske bølger dybt under jorden og måler derefter, hvor lang tid det tager for bølgerne at vende tilbage til modtagere på overfladen. Bølgernes rejsetid afhænger af egenskaber såsom hårdheden eller porøsiteten af ​​materialer, de passerer igennem, og så kan denne metode nemt identificere unikke undergrundstræk, såsom lommer med vand.

Imidlertid, konventionel seismisk billeddannelse er stadig for langsom til at detektere geologiske hændelser i realtid, bemærker KAUST geofysiker Gerard Schuster. "For et konventionelt seismisk eksperiment, du har brug for mange forskellige vinkelbilleder for nøjagtigt at estimere egenskaberne for hver understruktur, som kræver mange timer at installere og excitere seismiske kilder over hundredvis af forskellige steder, " han siger.

I de sidste 20 år, Schuster har arbejdet på en løsning på dette problem ved at fokusere på, hvordan de cykliske mønstre af akustiske bølger begynder at halte eller føre hinanden efter at have passeret gennem et underjordisk materiale. Disse ændringer, kendt som faseforskelle, kan inverteres ved hjælp af seismisk interferometri for at give højopløselig strukturel information, mens det kræver langt færre lydkilder.

"Denne tilgang kræver meget mindre indsats, " siger Shuster. "Ved at tage tidsforskellene mellem faserne kan du besvare spørgsmål om geologiens hårdhed og blødhed med blot nogle få eksperimenter i stedet for hundredvis."

I deres seneste arbejde, Schuster og kolleger udførte et kontrolleret time-lapse eksperiment for at validere mulighederne for deres seismiske interferometriteknologi. Først, holdet oprettede en række lydkilder og modtagere over en tør klit. Derefter, de sprøjtede 12 tons vand ind i klitten over et par timer, mens de registrerede næsten hundrede interferometriske målinger for hver kildeplacering. Disse data blev omdannet hvert andet minut til øjebliksbilleder af underjordisk vandstrøm, da det perkolerede gennem substrukturelle lag adskillige meter under overfladen.

"Vores tredimensionelle simuleringer af eksperimenterne overbeviste os om, at det, vi så, ikke var en falsk læsning, " siger Schuster. "Den indledende virkning af disse fund kan være nyttig for miljøingeniører, der kræver hurtig og billig overvågning af undergrunden - f.eks. real-time billeddannelse af utætte dæmninger, eller effektive seismiske undersøgelser fra mars eller måne."