Stenpermeabilitet, mikroskælvsforbindelse kan være en velsignelse for geotermisk energi

Ved hjælp af maskinlæring har forskere ved Penn State knyttet mikrojordskælv med lav styrke til permeabiliteten af ​​underjordiske klipper under jorden, en opdagelse, der kan have konsekvenser for forbedring af geotermisk energioverførsel.

Generering af geotermisk energi kræver en permeabel undergrund for effektivt at frigive varme, når kolde væsker presses ind i klippen. Denne forskning afslører de optimale tidspunkter for effektiv energioverførsel ved at udsætte forbindelsen for mikrojordskælv, som overvåges på overfladen gennem seismometre. Holdet offentliggjorde deres resultater i Nature Communications .

Ved at bruge to datasæt fra demonstrationsprojekterne EGS Collab og Utah FORGE brugte forskere maskinlæring til at udtrække "støjen", der findes i de data, der skjulte linket. Forskere brugte derefter maskinlæring til at skabe en model fra det ene sted og med succes anvendte det på det andet - en proces kaldet transfer learning - hvilket tyder på, at forbindelsen blev dannet baseret på generel fysik af underjordiske bjergarter. Det betyder, at det sandsynligvis vil være universelt sandt for alle geotermiske energisteder, sagde forskerne.

"Succes med overførselslæring bekræfter modellernes generaliserbarhed," sagde Pengliang Yu, postdoc ved Penn State og hovedforfatter af undersøgelsen. "Dette tyder på, at seismisk overvågning bredt kan bruges til at forbedre effektiviteten af ​​geotermisk energioverførsel på tværs af en lang række steder."

Øget stenpermeabilitet er afgørende for en række energiudvindingsmetoder, sagde Yu. Stengennemtrængelighed påvirker traditionel genvinding af fossile brændstoffer såvel som vedvarende energi, herunder brintproduktion. Hydrofraktureringsmetoder indfører kolde væsker i undergrunden gennem porøse bjergarter, hvilket skaber høje tryk, der bryder klippen under spænding eller forskydning.

Denne proces skaber mikrojordskælv svarende til naturligt forekommende jordskælv, men i meget mindre skala. Ved at øge bjergartens permeabilitet er energier som varme og kulbrinter i stand til lettere at nå overfladen.

Yu sagde, at deres algoritme viste en direkte forbindelse, hvilket betyder, at klippen blev den mest permeable, når den seismiske aktivitet var stærkest.

At identificere sammenhængen mellem seismisk aktivitet og stenpermeabilitet forbedrer evnen til at udvinde energi, samtidig med at det sikres, at mikroskælv forbliver under den tærskel, der kan forårsage skade eller blive observeret af offentligheden.

"Maskinlæring spillede en nøglerolle i at afdække forholdet mellem seismisk aktivitet og stenpermeabilitet," sagde medforfatter Parisa Shokouhi, professor i ingeniørvidenskab og mekanik ved College of Engineering. "Det hjalp med at identificere de vigtige egenskaber ved de seismiske data til at forudsige udvikling af stenpermeabilitet. Vi begrænsede maskinlæringsalgoritmen for at sikre en fysisk meningsfuld model. Til gengæld afslørede modelforudsigelsen en tidligere ukendt fysisk sammenhæng mellem seismiske data og stenpermeabilitet."

At øge tilgængeligheden af ​​geotermisk energi ville mindske afhængigheden af ​​fossile brændstoffer, sagde forskerne. Derudover bemærkede de, at kobling af stenpermeabilitet til mikroskælv kan være nyttig til at overvåge gasbevægelser for kulstofbinding og produktion og opbevaring af underjordisk brint.

Forskningen er en del af et større projekt for at reducere omkostningerne og øge produktionen af ​​geotermisk energi og bruge maskinlæring til bedre at forstå og forudsige jordskælv, herunder mikroskælv.

"Yus arbejde er en del af vores indsats for at fremme geotermisk udforskning og geotermisk energiproduktion ved hjælp af maskinlæringsmetoder," sagde medforfatter Chris Marone, professor i geovidenskab ved Penn State. "Vores laboratorieundersøgelser viser klare sammenhænge mellem udviklingen af ​​elastiske egenskaber før laboratoriejordskælv, og vi er glade for at se, at lignende forhold observeres i naturen."

Flere oplysninger: Pengliang Yu et al., Skorpepermeabilitet genereret gennem mikrojordskælv er begrænset af seismisk moment, Nature Communications (2024). DOI:10.1038/s41467-024-46238-3

Journaloplysninger: Nature Communications

Leveret af Pennsylvania State University