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近年来，对温室气体排放的担心引发了对碳捕获和贮存（CCS）作为一种天气转变计划的兴趣，该计划可用于镌汰人为净二氧化碳排放。然而，CCS需要在数年内将CO2清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）手艺允许监测CO2的区域漫衍、密封完整性和注入响应的压力转变，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现场实验室举行了一项地动跨孔现场实验，验证了高精度跨孔层析成像手艺能够监测CO2在碳封层的迁徙，向含水层或储层注入CO2会降低储层或含水层的地动速率，本次测试视察到了2-7%左右的速率降低。

跨孔层析成像原理与实验装备

地动波跨孔层析成像（C T ) 是一种地下物探要领。测试前在测试目的区两侧钻孔成井，在井下举行地动波的引发和吸收，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、速率漫衍及其弹性参数等主要信息，该要领通？捎糜谔讲夤婺Ｐ，要求精度高的地下介质细结构。

在现实操作中，一样平常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）。另一个孔内牢靠住一串检波器（水听器），通过震源向井下移动并在每一处置惩罚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）和举行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深度之间举行筛选。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/检波器地动吸收器安排在钻孔M3中。

注入前举行了一次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）。

注射时代共收罗了八组P波层析成像数据。在第0天和第1天举行了两次P波视察，即上午和下昼各一次。在第0–2天，对下部区域举行了SH波和SV波丈量。从第1天到第5天，对上部区域举行SH波丈量。在数据处置惩罚历程中丈量并思量了钻孔误差。

测试效果及剖析

只思量具有相同深度的源-吸收器对，为每个井间组选择所有波类型（P、SH和SV）的抵达时间，并凭证真实震源和吸收器距离盘算地动速率。上图显示了所有深度丈量的盘算P波、SH波和SV波速率，以及凭证基线丈量标准化的盘算行程时间转变。

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转变（百分比），该时间转变显示了CO2气体的影响。纵然在第0天差别深度的注射最先后不久，也可以看到转变。在约64m处，注入区没有或只有稍微转变。显著转变从第2天和第3天最先，深度约为38至40m。这对应于地动速率从约2180m/s下降至2140m/s。b和图c显示了注入点周围下部区域SH和SV波速盘算得出的速率下降。

P波层析成像测试数据更为显着。

a）基线P波和（b）第4天数据的层析成像反演效果以及（c）差别层析图（（基线-第4天）/基线）

P波层析成像效果批注，水中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波层析图像的较量批注，CO2沿着上层赋存层内的高渗透带迁徙（如上图c）。

差别层析图中可以看到高达7%的速率转变。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%的极小转变（如上图c）。

漫衍式温度传感（DTS）的同步转变的验证

漫衍式温度传感DTS丈量的数据剖析显示，钻孔M1、M2和M4中没有显着的局部温度转变。然而，在M3中，在40 m深度周围有一个显着的峰值，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。这些效果与P波丈量的层析反演效果一致。

（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丈量值随深度转变。（b） 相关于注入前水平，温度峰值最大规模的时间转变~40 m深度

结论

1. 实验证实了高精度跨孔层析成像手艺能够监测CO2在碳封层的迁徙，向含水层或储层注入CO2会降低储层或含水层的地动速率，本次测试视察到了2-7%左右的速率降低。

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。使用这三种泉源，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。

实验装备

本次测试所使用的装备主要有两个系统，均由德国Geotomographie公司生产。

其一是大深度P波跨孔层析成像装备，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，直接通过电脑软件吸收地动波信号。

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形貌。

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

实验要领及装备详情详见官网/