【儀表網(wǎng) 儀表研發(fā)】導(dǎo)讀：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)地球表面以下環(huán)境的新方法。該系統(tǒng)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)氣候變化的措施，例如碳儲(chǔ)存和地?zé)崮馨l(fā)電。
將捕獲的二氧化碳儲(chǔ)存在地下和利用地?zé)崮馨l(fā)電是減少溫室氣體排放的兩項(xiàng)重要技術(shù)，發(fā)表在《科學(xué)報(bào)告》上的這項(xiàng)研究的主要作者Takeshi Tsuji說(shuō)。
然而，為了進(jìn)一步采用這些技術(shù)，我們迫切需要更好的監(jiān)測(cè)工具來(lái)減輕和應(yīng)對(duì)相關(guān)風(fēng)險(xiǎn)，例如泄漏和誘發(fā)地震活動(dòng)。
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)之間的這種差距意味著很容易錯(cuò)過(guò)二氧化碳或地?zé)醿?chǔ)層的快速、意外變化。
研究小組開(kāi)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(lái)產(chǎn)生振動(dòng)以探測(cè)地面。
基于一種稱(chēng)為分布式聲學(xué)傳感的技術(shù)，然后通過(guò)測(cè)量穿過(guò)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)到振動(dòng)。
分析這些信號(hào)，研究人員可以識(shí)別孔隙壓力的變化——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(lèi)變化可能表明存在二氧化碳泄漏或地?zé)醿?chǔ)層變化等危險(xiǎn)。
通過(guò)我們新開(kāi)發(fā)的源系統(tǒng)，我們可以非常準(zhǔn)確地控制在很寬的頻率范圍內(nèi)生成連續(xù)波形的時(shí)間，Tsuji 解釋說(shuō)。
由于我們確切地知道它們何時(shí)起源，我們可以隨著時(shí)間的推移堆疊多個(gè)信號(hào)以提高信噪比。這使我們能夠使用較小的、相對(duì)較弱的源，以相對(duì)較低的成本持續(xù)監(jiān)測(cè)距離源 80 公里范圍內(nèi)的大區(qū)域。”
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個(gè)地?zé)崽锖腿毡緰|北部釜石附近的一個(gè)海相地層。
這些現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果表明，新系統(tǒng)能夠以超過(guò) 99.99% 的準(zhǔn)確率識(shí)別被監(jiān)測(cè)地下地層的信號(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。
我們的研究表明，通過(guò)將我們的小型震源與分布式聲學(xué)傳感技術(shù)相結(jié)合，可以以傳統(tǒng)系統(tǒng)成本的一小部分來(lái)監(jiān)測(cè)廣闊區(qū)域內(nèi)的多個(gè)儲(chǔ)層，Tsuji 說(shuō)。
通過(guò)讓我們能夠更快地檢測(cè)泄漏和其他危害并做出響應(yīng)，我們系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的持續(xù)監(jiān)控也將有助于獲得公眾的認(rèn)可，這對(duì)于推進(jìn)碳捕獲和儲(chǔ)存以及地?zé)崮荛_(kāi)發(fā)項(xiàng)目至關(guān)重要。
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