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近年来 ，全球对温室气体排放的担心引发了对碳捕获和贮存（CCS）作为一种气候变革缓解计划的极大兴趣 ，该计划可用于减少人为净二氧化碳排放。然而 ，CCS需要在数千年内将CO2宁静地保保存地质地层中。
几种地球化学和地球物理（如延时地动）技术允许监测CO2的区域漫衍、密封完整性和注入响应的压力变革 ，因此可用于验证贮存一致性 ，是完整性监测的名贵工具。
2021年9月 ，在挪威Svelvik的SINTEF CO2现场实验室进行了一项地动跨孔现场实验 ，验证了高精度跨孔层析成像技术能够有效监测CO2在碳封层的迁移 ，向含水层或储层注入CO2会降低储层或含水层的地动速度 ，本次测试视察到了2-7%左右的速度降低。
跨孔层析成像原理与实验设备
地动波跨孔层析成像（C T ) 是一种地下物探要领。测试前在测试目标区两侧钻孔成井 ，在井下进行地动波的引发和接收 ，通过对视察到的弹性波种种震相的运动学(走时、射线路径）和动力学（波形、振幅、相位、频率）资料的剖析 ，进而反演地下介质的结构、速度漫衍及其弹性参数等重要信息 ，该要领通�？捎糜谔讲夤婺Ｐ� ，要求精度高的地下介质细结构。
在实际操作中 ，一般接纳一发多收扇形穿透的形式 ，一个孔内安排高频声源（例如电火花震源）。另一个孔内牢固住一串检波器（水听器） ，通过震源向井下移动并在每一处理想的深度位置逐点引发 ，释放地动波。
项目园地与测试流程
Svelvik CO2现场实验室由一口中央注入井（B2）、四口监测井（M1-M4）和进行CO2注入实验所需的基础设施组成。注入井设计用于在小超压条件下注入CO2 ，并在34至65 m深度之间进行筛选。四口监测井用PVC套管套管至约100米深 ，并位于注入井周围菱形的角落。监测井位于距注入井9.9 m（M3和M4）和16.5 m（M1和M2）处。
关于所有实验 ，地动源安排在钻孔M4中 ，水听器/检波器地动接收器安排在钻孔M3中。
注入前进行了一次P波、SH波和SV波丈量 ，作为基线丈量（震源位置的地动场丈量设置如下图所示）。
注射期间共收罗了八组P波层析成像数据。在第0天和第1天进行了两次P波视察 ，即上午和下午各一次。在第0–2天 ，对下部区域进行了SH波和SV波丈量。从第1天到第5天 ，对上部区域进行SH波丈量。在数据处理历程中丈量并考虑了钻孔偏差。
测试结果及剖析
只考虑具有相同深度的源-接收器对 ，为每个井间组选择所有波类型（P、SH和SV）的抵达时间 ，并凭据真拭魅震源和接收器距离盘算地动速度。上图显示了所有深度丈量的盘算P波、SH波和SV波速度 ，以及凭据基线丈量标准化的盘算行程时间变革。
上图为井间数据剖析：（a）P波、（b）SH波和（c）SV波的归一化波速相关于基线的时间变革（百分比） ，该时间变革显示了CO2气体的影响。纵然在第0天差别深度的注射开始后不久 ，也可以看到变革。在约64m处 ，注入区没有或只有轻微变革。显著变革从第2天和第3天开始 ，深度约为38至40m。这对应于地动速度从约2180m/s下降至2140m/s。b和图c显示了注入点四周下部区域SH和SV波速盘算得出的速度下降。
P波层析成像测试数据更为明显。
a）基线P波和（b）第4天数据的层析成像反演结果以及（c）差别层析图（（基线-第4天）/基线）
P波层析成像结果标明 ，水平分层沉积具有交替的高速和低速区 ，即低渗透性或高渗透性沉积物（如上图a,b）。
基线数据和注入第4天收罗的数据之间的两个P波层析图像的比较标明 ，CO2沿着上层赋存层内的高渗透带迁移（如上图c）。
差别层析图中可以看到高达7%的速度变革。该区域与最可能充当CO2赋存层的厚粘土层有关。在40米深度以下 ，可以看到小于2%的极小变革（如上图c）。
漫衍式温度传感（DTS）的同步变革的验证
漫衍式温度传感DTS丈量的数据剖析显示 ，钻孔M1、M2和M4中没有明显的局部温度变革。然而 ，在M3中 ，在40 m深度四周有一个明显的峰值 ，这意味着CO2从注入点相对快速地扩散到40 m深度处的视察孔M3。这些结果与P波丈量的层析反演结果一致。
（a）注入前第0天（虚线）、第2天（灰色线）和第4天（玄色线） ，钻孔M3的DTS丈量值随深度变革。（b） 相关于注入前水平 ，温度峰值最大规模的时间变革~40 m深度
结论
1. 实验证实了高精度跨孔层析成像技术能够有效监测CO2在碳封层的迁移 ，向含水层或储层注入CO2会降低储层或含水层的地动速度 ，本次测试视察到了2-7%左右的速度降低。
2. 实验证实了使用P、SH和SV地动源爆发高质量地动数据的可行性 ，以通过跨孔丈量监测CO2注入的影响。使用这三种来源 ，可以导出岩土参数 ，如超固结比。使用关于土壤密度的附加信息 ，可以盘算动态剪切刚度、动态体积模量和泊松比。
实验设备
本次测试所使用的设备主要有两个系统 ，均由德国Geotomographie公司生产。
其一是大深度P波跨孔层析成像设备 ，包括SBS1000 MAGNUM深层P波震源 ，BHC1000水听器链 ，以及绞车和电脑等配件 ，其特点是探测深度可达1000m ，引发能量高 ，探测精度高 ，不需要地动仪 ，直接通过电脑软件接收地动波信号。
SBS1000 MAGNUM BHC1000
其二是S波跨孔层析成像系统 ，由IPG5000脉冲爆发器 ，BIS-SH型S波震源及MBAS多站可扩展智能孔中收罗系统组成 ，该系统可同时收罗P波及S波信息 ，在获取P波/S波层析成像数据的同时 ，还可盘算动态剪切刚度、动态体积模量和泊松比 ，并获得土壤应力状态的描述。
IPG5000脉冲爆发器 BIS-SH型S波震源
MBAS多站可扩展智能孔中收罗系统
实验要领及设备详情详见官网/
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